Биологически активными называют органические вещества, способные изменять скорость обмена веществ в организме. Среди них есть и относительно простые органические молекулы (например, природные амины), и очень сложные высокомолекулярные соединения (например, белки, обладающие ферментативными свойствами).

К биологически активным относят ферменты, гормоны, витамины, антибиотики, феромоны, пестициды, биогенные стимуляторы и другие вещества. Их применяют для лечения людей и сельскохозяйственных животных, защиты растений, регуляции численности особей, например снижают численность насекомых, привлекая их половыми феромонами в ловушки, и т. п.

Биогенные стимуляторы образуются в организме при неблагоприятных условиях - при травме, облучении, воспалении.

Среди биологически активных веществ отдельную группу составляют фитонциды, убивающие микроорганизмы. Их открыл советский ученый Б. П. Токин. Фитонциды - вещества растительного происхождения. Активные фитонциды содержатся в луке и чесноке: пары и вытяжки из них убивают холерный вибрион, дифтерийную палочку, гноеродных микробов. Стоит пожевать несколько минут чеснок, как большинство бактерий, живущих в полости рта, погибают. По родовому латинскому названию чеснока - allium - его активное начало названо аллицином. Уснино-вая кислота - фитонцид из лишайника уснеи - угнетает туберкулезных бактерий.

Многие фитонциды выделяются из растений в газообразном состоянии. Листья смородины, грецкого ореха, дуба, ольхи, желтой акации выделяют гексенал, в очень малых концентрациях убивающий простейших.

Устойчивость картофеля и моркови к грибным заболеваниям определяется содержащимся в них фитонцидом - хлорогеновой кислотой. Болезнь «снежную плесень» на злаках, вызываемую грибом фузариумом, уничтожает фитонцид бензоксазолин, образующийся в тканях злаков при повреждениях.

Все биологически активные вещества, включая и фитонциды, относят к продуктам вторичного обмена, считая первичными в обмене белки, углеводы, жиры (см. Липиды). Однако роль этих веществ в организме не второстепенна: ведь именно от них зависит его выживание в экстремальных условиях и при взаимодействии с соседними видами.

Кроме того, для нас именно они часто определяют вкус растительной пищи, именно за ними мы обращаемся в зеленую аптеку природы.

Важную роль в жизни животных играют феромоны, которые вырабатываются специализированными железами или специальными клетками (см. Эндокринная система). Эти биологически активные вещества, выделяемые животными в окружающую среду, влияют на поведение, а иногда и на рост и развитие особей того же вида или даже других видов. Феромонами могут быть отдельные химические соединения, но чаще это совокупность нескольких веществ. У разных животных они, как правило, разные. К феромонам относятся половые аттрактанты - привлекающие вещества, способствующие встрече самца и самки; вещества тревоги, сбора и др. Особенно велико значение феромонов в жизни насекомых. У общественных насекомых они также регулируют состав колонии и специфическую деятельность ее членов.

Историко-научные и социальные аспекты изучения

Биологически-активных веществ

Преподаватель:

Каржина Г.А.

Исполнитель:

аспирант кафедры химии твердого тела

(1-ый год обучения)

Гусарова Е.В.

Нижний Новгород

Введение……………………………………………………..…………………….3

1. Понятие “биологически активное вещество” ………………………………..5

2. История изучения БАВ……………………...………………………….…...…7

2.1. История исследований ферментов…………………………………….……8

2.2. История исследований витаминов…………………………………………10

2.3. История исследований гормонов……………………………………..……16

3. Биологически активные добавки …....………………………........................21

4. Современные направления исследований БАВ……………………………..25

5. Исследования БАВ, проводящиеся на кафедре химии твёрдого тела химического факультета ННГУ им. Лобачевского………………………...…29

Заключение……………………………………………………………………….33

Список литературы………………………………………………………………34

Введение

Каждый из нас слышал такое понятие, как «биологически активное вещество», но мало кто задумывался, что подразумевается под этим словосочетанием.

Роль биологически активных веществ в жизни человека будет несложно понять, как только вы узнаете, что они включают в себя витамины, гормоны и ферменты, про каждый из которых в отдельности наслышан каждый. Если рассмотреть происхождения этих терминов, то первая часть слова витамин - "vita” - переводится с латыни, как "жизнь”, в свою очередь перевод слова гормон “hormao” с греческого звучит как “возбуждаю, побуждаю”. Исходя из названий, биологически активные вещества должны “побуждать к жизни”, а следовательно быть необходимыми для нее.

Биологически активные вещества участвуют практически во всех биохимических процессах нашего организма. Они являются катализаторами обменных процессов и часто выполняют регуляторную функцию в организме. Именно БАВ ответственны за синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, липидов, гормонов и других веществ в тканях организма. Часто БАВ отвечают за наше настроение, чувства и эмоции.

Одни биологически активные вещества способны самостоятельно продуцироваться в организме человека, а другие – нет. Например, витамины практически не вырабатываются (не синтезируются) организмом, - они поступают в него с пищей, или в виде витаминных комплексов. Этот аспект является еще одним свидетельством необходимости изучения данных веществ.

Не велика ежедневная потребность здорового человека в БАВ - всего-навсего 100-150 мг. Между тем, сколько неприятностей ждет нас, если этой крохи не окажется в нашей пище…

К сожалению, в наши дни, из-за резко возросшей экологической нагрузки на организм, а так же обеднения пищевого рациона в связи с химизацией сельского хозяйства и истощением почв, недостатком тех или иных биологически активных веществ страдает практически каждый человек. Поэтому для компенсации этих явлений и поддержания здоровья, человеку необходим дополнительный прием основных БАВ и микроэлементов, так называемых биологически активных добавок.

В связи с вышесказанным, в данной работе я решила разобраться, каковы были предпосылки для изучения биологически активных веществ, как происходило их открытие с развитием науки и осталась ли на данный момент социальная потребность в продолжении исследований данных соединений.

Понятие “биологически активное вещество” (БАВ)

БАВ - химические вещества, обладающие высокой физиологической активностью при небольших концентрациях по отношению к определённым группам живых организмов или к отдельным группам их клеток. Говоря о БАВ мы, в первую очередь, имеем ввиду организм человека, однако это понятие может быть применимо и к животным, и к растениям – то есть тем объектам, которые состоят из живых клеток, в которых происходят различные процессы жизнедеятельности. К БАВ относятся такие жизненно важные и необходимые соединения, как ферменты, витамины и гормоны.

Иногда складывается ошибочное впечатление, будто биологически активные вещества хоть и очень важны, но выполняют лишь частные, вспомогательные функции. Оно проявилось из-за того, что в специальной и научно-популярной литературе функции каждого БАВ рассматривались в отдельности друг от друга.

Ферменты участвуют в переваривании и усвоении пищевых продуктов. При этом в тканях организма происходят такие ферментативные реакции как синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, липидов, гормонов и других веществ. Любое функциональное проявление живого организма - дыхание, мышечное сокращение, нервно-психическая деятельность, размножение и т.д. - тоже непосредственно связаны с действием соответствующих ферментных систем. Иными словами, без ферментов нет жизни, а в основе многих заболеваний человека лежат именно нарушения ферментативных процессов, поэтому их значение для человеческого организма трудно переоценить.

Витамины – это биологически активные органические соединения различной химической структуры, которые, присутствуя в ничтожных концентрациях оказывают свое действие на обмен веществ. Они просто необходимы для нормального функционирования практически всех процессов в организме: повышают устойчивость организма к различным экстремальным факторам и инфекционным заболеваниям, способствуют обезвреживанию и выведению токсических веществ и т.д.

Гормоны - это продукты внутренней секреции, которые вырабатываются специальными железами или отдельными клетками, выделяются в кровь и разносятся по всему организму в норме вызывая определенный биологический эффект. Сами гормоны непосредственно не влияют на какие-либо реакции клетки. Только связавшись с определенным, свойственным только ему рецептором вызывается определенная реакция.

История изучения БАВ

Изучение функций организма человека, борьба с болезнями и старостью во все временя являлось одной из важнейших целей исследований многих ученых – медиков, физиологов, биологов и химиков. Именно на стыке этих наук и проводились много численные исследования, приведшие к открытию известных нам БАВ.

Начало ХХ века – время выдающихся достижений химии, особенно в области органического синтеза. Вместе с этим происходит также интенсивное развитие фармакологии. Неограниченные возможности в получении индивидуальных химических соединений (с известной структурой и заданными фармакологическими свойствами, узкой направленностью действия), казалось бы, стали решением всех проблем. Но уже через несколько десятилетий становится ясно, что синтетические лекарства, несмотря на очевидные достоинства, не оправдывают возлагавшиеся на них надежды: сделать человека здоровым они не могут.

Широкомасштабные исследования еще в 60-е годы с документальной точностью подтвердили, что каждое животное или человек, умершие естественной смертью, умирают не от старости, а от неполноценного питания, т.е. от дефицита витаминов и других питательных веществ. Именно тогда, в начале 70-х годов, во всех цивилизованных странах прошла витаминная революция.

В 1969 г. на вопрос Всемирной Организации Здравоохранения к ведущим ученым мира: «Что такое здоровый человек?», лауреат Нобелевской премии американский биохимик Лайнус Полинг ответил: "Здоровый человек тот, у которого все ферментные системы находятся в хорошо сбалансированном виде". И более того уже тогда было сказано, что наступит время, когда медицина будет лечить не отдельную болезнь, а человека, и не антибиотиками, а преимущественно ферментами и антиферментами, а также - оксидантами и антиоксидантами.

Однако исследования биологически активных веществ и открытия в этой области начались гораздо раньше 20-го века. Рецепты с описанием того, чем и при каких недугах нужно питаться, были обнаружены на многочисленных глиняных табличках, найденных на территории Вавилона и Месопотамии. Археологи датируют эти «медицинские записки» 1500 годом до н.э. Нездоровье исцеляли пищей и в Древнем Египте.

Накоплением знаний, анализом явлений и фактов занимается наука. Если в период своего зарождения наука была единой, неделимой и эта прекрасная, органически свойственная ей черта особенно ярко проявилась в энциклопедических трудах великих мыслителей древности, то позднее наступила пора дифференциации науки.

Из унитарной, стройной системы естествознания как единого целого возникли математика, физика, химия, биология и медицина , а в науках об обществе оформились история, философия, право ...

Это неизбежное дробление науки, отражающее объективные процессы в развитии мира, продолжается и сегодня - появились кибернетика, ядерная физика, химия полимеров, океанология, экология, онкология и десятки других наук.

Веянием времени стала и узкая специализация ученых , целых коллективов. Конечно, это отнюдь не исключает становления и воспитания широко образованных ученых с блестящей эрудицией, и мировая наука знает немало тому примеров.

И все же вопрос закономерен - не утрачивается ли в таком случае возможность осмысления целостной картины окружающего мира, не мельчает ли порой постановка проблем, не ограничиваются ли искусственно поиски путей их решения? Особенно для тех, кто только начинает свой путь к знаниям...

Отражением этого противоречия и прямым следствием действия законов диалектики явилось встречное движение наук по пути к взаимному обогащению, взаимодействию и интеграции .

Появились математическая лингвистика , химическая физика , биологическая химия ...

Что будет конкретным и конечным итогом этого непрерывного искания, постоянной смены целей и объектов исследования, предсказать пока трудно, но одно является очевидным - в конечном итоге человек достигнет прогресса и в тех областях знания, которые совсем недавно казались окутанными покровом глубокой тайны...

Одним из ярких примеров является та область науки, которая лежит на границе биологии и химии.

Что же объединяет эти научные дисциплины, в чем смысл их взаимодействия?

Ведь биология была и, пожалуй, еще долгое время будет одной из самых загадочных областей знания, и в ней остается немало белых пятен.

Химия же, напротив, относится к разряду наук наиболее устоявшихся, точных, в ней основные закономерности выяснены и проверены временем.

И тем не менее факт остается фактом - уже давно химия и биология идут навстречу друг другу.

Когда это началось, вряд ли можно сейчас установить... Попытки объяснения явлений жизнедеятельности с позиций точных наук мы находим еще у мыслителей древнегреческой и древнеримской цивилизации, более отчетливо подобные идеи формулировались в трудах выдающихся представителей научной мысли средневековья и эпохи Возрождения.

К концу XVIII в было достоверно установлено, что в основе проявления жизни лежа химические превращения веществ, порой простых, а зачастую удивительно сложных. И именно с этого периода начинается подлинная летопись о союзе двух наук, летопись, богатая ярчайшими фактами и эпохальными открытиями, фейерверк которых не прекращается и в наши дни...

На первых этапах в ней господствовали виталистические воззрения , утверждавшие, что химическиесоединения, выделяемые из живых организмов, не могут быть получены искусственным путем , без участия магической жизненнойсилы≫.

Сокрушительный удар сторонникам витализма был нанесенработами Ф. Вёлера, получившего типичное вещество животногопроисхождения - мочевину из цианата аммония . Последующимиисследованиями позиции витализма были окончательно подорваны.

В середине XIX в. органическая химия определяется уже как химия соединений углерода вообще - будь то вещества природного происхождения или синтетические полимеры, красители или лекарственные препараты.

Один за другим преодолевала органическая химия барьеры, стоящие на пути к познанию живой материи.

В 1842 г. Н. Н. Зинин осуществил синтез анилина, в 1854 г. М. Бертло получил синтезом ряд сложных органических веществ, в том числе жиры.

В 1861 г. А. М. Бутлеровым впервые было синтезировано сахаристое вещество - метиленитан, к концу столетия успешно осуществляются синтезы ряда аминокислот и жиров , а начало нашего века ознаменовалось первыми синтезами белковоподобных полипептидов .

Это направление, развивавшееся стремительно и плодотворно, оформилось к началу XX в. в самостоятельную химию природных соединений.

К числу ее блистательных побед можно отнести расшифровку строения и синтез биологически важных алкалоидов, терпеноидов, витаминов и стероидов, а вершинами ее достижений в середине нашего века надо считать полные химические синтезы хинина, стрихнина, резерпина, пенициллина и простагландинов.

Биологическими проблемами занимаются сегодня десятки наук, в которых тесно переплетаются идеи и методы биологии, химии, физики, математики и других областей знания.

Арсенал используемых биологией средств огромен. Именно в этом - один из источников ее бурного прогресса, основа достоверности ее выводов и суждений.

Пути биологии и химии в познании механизмов жизнедеятельности пролегают рядом, и это естественно, ибо живая клетка - настоящее царство больших и малых молекул, непрерывно взаимодействующих, возникающих и исчезающих...

Здесь находит сферу приложения и одна из новых наук - биоорганическая химия.

Биоорганическая химия - наука, которая изучает связь между строением органических веществ и их биологическими функциями.

Объектами изучения являются, такие как: биополимеры, витамины, гормоны, антибиотики, феромоны, сигнальные вещества, биологически активные вещества растительного происхождения, а также синтетические регуляторы биологических процессов (лекарственные препараты, пестициды и др.), биорегуляторы и отдельные метаболиты.

Являясь разделом (частью) органической химии эта наука также изучает соединения углерода.

В настоящее время насчитывается – 16 млн органических веществ.

Причины многообразия органических веществ:

1) Соединения атомов углерода (С) могут взаимодействовать друг с другом и другими элементами периодической системы Д. И. Менделеева. При этом образуются цепи и циклы.

2) Атом углерода может находиться в трех разных гибридных состояниях. Тетраэдрическая конфигурация атома С → плоскостная конфигурация атома С.

3) Гомология – это существование веществ с близкими свойствами, где каждый член гомологического ряда отличается от предыдущего на группу – СН 2 -.

4) Изомерия – это существование веществ, имеющих одинаковый качественный и количественный состав, но различное строение.

А) M. Бутлеров (1861 г.) создал теорию строения органических соединений, которая и по сей день служит научной основой органической химии.

Б) Основные положения теории строения органических соединений:

1) атомы в молекулах соединены друг с другом химическими связями в соответствии с их валентностью;

2) атомы в молекулах органических соединений соединяются между собой в определенной последовательности, что обусловливает химическое строение молекулы;

3) свойства органических соединений зависят не только от числа и природы входящих в их состав атомов, но и от химического строения молекул;

4) в молекулах существует взаимное влияние как связанных, так и непосредственно друг с другом не связанных атомов;

5) химическое строение вещества можно определить в результате изучения его химических превращений и, наоборот, по строению вещества можно охарактеризовать его свойства.

Итак, объектами изучения биоорганической химии являются:

1) биологически важные природные и синтетические соединения: белки и пептиды, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды,

2) биополимеры смешанного типа - гликопротеины, нуклеопротеины, липопротеины, гликолипиды и т. п.; алкалоиды, терпеноиды, витамины, антибиотики, гормоны, простагландины, ростовые вещества, феромоны, токсины,

3) а также синтетические лекарственные препараты, пестициды и др.

Биополимеры – высокомолекулярные природные соединения, которые являются основой всех организмов. Это белки, пептиды, полисахариды, нуклеиновые кислоты (НК), липиды.

Биорегуляторы – соединения, которые химически регулируют обмен веществ. Это витамины, гормоны, антибиотики, алкалоиды, лекарственные препараты и др.

Знание строения и свойств биополимеров и биорегуляторов позволяет познать сущность биологических процессов. Так, установление строения белков и НК позволило развить представления о матричном биосинтезе белка и роли НК в сохранении и передаче генетической информации.

Основная задача биоорганической химии – выяснение взаимосвязи структуры и механизма действия соединений.

Итак, из сказанного понятно, что биоорганическая химия – это научное направление, сложившееся на стыке ряда отраслей химии и биологии.

В настоящее время она превратилась в фундаментальную науку. По существу она является химическим фундаментом современной биологии.

Разрабатывая основополагающие проблемы химии живого мира, биоорганическая химия способствует решению задач получения практически важных препаратов для медицины, сельского хозяйства, ряда отраслей промышленности.

Основные задачи:

- выделение в индивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки,различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации, ультрацентрифугирования, противоточного распределения ит. п.;

- установление структуры, включая пространственное строение,на основе подходов органической и физико-органической химии сприменением масс-спектрометрии, различных видов оптическойспектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурногоанализа, ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и круговогодихроизма, методов быстрой кинетики и т. п. в сочетании с расчетами на ЭВМ;

- химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогови производных,- с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения практически ценных препаратов;

- биологическое тестирование полученных соединений in vitro и in vivo.

Решение основных проблем Б. х. важно для дальнейшего прогресса биологии. Без выяснения строения и свойств важнейших биополимеров и биорегуляторов нельзя познать сущность жизненных процессов, а тем более найти пути управления такими сложными явлениями, как:

Размножение и передача наследственных признаков,

Нормальный и злокачественный рост клеток,-

Иммунитет, память, передача нервного импульса и многое др.

В то же время изучение высокоспециализированных биологически активных веществ и процессов, протекающих с их участием, может открыть принципиально новые возможности для развития химии, химической технологии и техники.

К проблемам, решение которых связано с исследованиями в области Б. х., относятся:

Создание строго специфичных высокоактивных катализаторов (на основе изучения строения и механизма действия ферментов),

Прямое превращение химической энергии в механическую (на основе изучения мышечного сокращения),

Использование в технике химических принципов хранения и передачи информации, осуществляемых в биологических системах, принципов саморегулирования многокомпонентных систем клетки в первую очередь избирательной проницаемости биологических мембран, и многое др.

Перечисленные проблемы лежат далеко за пределами собственно Б. х.; однако она создает основные предпосылки для разработки этих проблем, обеспечивая главные опорные пункты для развития биохимических исследований, относящихся уже к области молекулярной биологии. Широта и важность решаемых проблем, разнообразие методов и тесная связь с другими научными дисциплинами обеспечили быстрое развитие Б. х.

Биоорганическая химия сформировалась в самостоятельную область в 50-х гг. 20 в.

В этот же период это направление начало делать первые шаги в Советском Союзе.

Заслуга в этом принадлежала академику Михаилу Михайловичу Шемякину.

Тогда ему оказали решительную поддержку руководители Академии наук А. Н. Несмеянов и Н. Н. Семенов, и уже в 1959 г. в системе АН СССР был создан базовый институт химии природных соединений АН СССР, который он возглавил с момента его создания (1959) до 1970 года. С 1970 по 1988 год, после смерти Михаила Михайловича Шемякина, институт возглавил его ученик и последователь академик Ю. А. Овчинников. «Развиваясь в недрах органической химии с самого начала ее зарождения как науки, она не только питалась и питается всеми представлениями органической химии, но и сама непрерывно обогащает последнюю новыми идеями, новым фактическим материалом принципиальной важности, новыми методами» – говорил академик, крупный ученый в области органической химии Михаил Михайлович Шемякин (1908-1970)»

В 1963 г. организовано Отделение биохимии, биофизики и химии физиологически активных соединений АН СССР. Соратниками М. М. Шемякина в этой деятельности, а порой и борьбе, были академики А. Н. Белозерский и В. А. Энгельгардт; уже в 1965 г. Академик А. Н. Белозерский основал Межфакультетскую лабораторию биоорганической химии МГУ, которая сейчас носит его имя.

Методы и с с л е д о в а н и я: основной арсенал составляют методы органической химии, однако для решения структурно-функциональных задач привлекаются и разнообразные физические, физико-химические, математические и биологические методы.

Аминокислоты (аминокарбо́новые кисло́ты ) - являются бифункциональными соединениями, которые содержат в молекуле две реакционноспособные группы: карбонильные (–СООН), аминогруппу (–NH 2), α-атом углерода (в центре) и радикал (различается у всех α-аминокислот).

Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминные группы.

Аминокислоты (кроме глицина) существуют в двух стереоизомерных формах – L и D, вращающих плоскость поляризации света соответственно влево и вправо.

Все живые организмы синтезируют и усваивают только L-аминокислоты, а D-аминокислоты для них либо безразличны, либо вредны. В естественных белках встречаются преимущественно α-аминокислоты, в молекуле которых аминогруппа присоединена к первому атому (α-атому) углерода; у β-аминокислот аминогруппа находится при втором атоме углерода.

Аминокислоты являются мономерами, из которых строятся полимерные молекулы – протеины, или белки.

Как уже отмечалось ранее, практически все природные α-аминокислоты оптически активны (за исключением глицина) и относятся к L-ряду. Это означает, что в проекции Фишера, если внизу расположить заместитель, а вверху карбоксильную группу, то аминогруппа будет находиться слева.

Это, разумеется, не означает, что все природные аминокислоты вращают плоскость поляризованного света в одну и ту же сторону, поскольку направление вращения определяется свойствами всей молекулы, а не конфигурацией его асимметрического атома углерода. Большая часть природных аминокислот имеет S-конфигурацию (в том случае, когда в ее состав входит один асимметрический атом углерода).

Некоторые микроорганизмы синтезируют аминокислоты D-ряда. Такие аминокислоты называют “неприродными”.

Конфигурацию протеиногенных аминокислот соотносят с D - глюкозой; такой подход предложен Э. Фишером в 1891 г. В пространственных формулах Фишера заместители у хирального С-2 атома занимают положение, которое соответствует их абсолютной конфигурации (это было доказано через 60 лет).

На рисунке приведены пространственные формулы D- и L-аланина.

Все аминокислоты, за исключением глицина, оптически активны благодаря хиральному строению.

Энантиомерные формы, или-оптические антиподы, имеют различные показатели преломления (круговое двулучепреломление) и различные коэффициенты молярной экстинкции (круговой дихроизм) для лево и право циркулярно поляризованных компонент линейно-поляризованного света. Они поворачивают плоскость колебаний линейного поляризованного света на равные углы, но в противоположных направлениях. Вращение происходит так, что обе световые составляющие проходят оптически активную среду с различной скоростью и при этом сдвигаются по фазе.

По углу вращения а, определенному на поляриметре, можно определить удельное вращение [a] D.

ИЗОМЕРИЯ АМИНОКИСЛОТ

1)Изомерия углеродного скелета

Среди многих миллионов видов молекул, составляющих биохимическую среду организма, имеются многие тысячи, выполняющие информационную роль. Даже если не рассматривать те вещества, которые организм выделяет в окружающую среду, сообщая о себе другим живым существам: соплеменникам, врагам и жертвам, - огромное разнообразие молекул может быть отнесено к различным классам биологически активных веществ (сокращенно - БАВ), циркулирующих в жидких средах организма и передающих ту или иную информацию от центра к периферии, от одной клетки к другой, либо от периферии к центру. Несмотря на разнообразие состава и химического строения, все эти молекулы так или иначе влияют непосредственно на обменные процессы, осуществляемые конкретными клетками организма.

Наиболее важными для физиологической регуляции БАВ являются медиаторы, гормоны, ферменты и витамины.

Медиаторы - это вещества небелковой природы, имеющие сравнительно простое строение и небольшой молекулярный вес. Они выделяются окончаниями нервных клеток под влиянием поступившего туда очередного нервного импульса (из специальных пузырьков, в которых они скапливаются в промежутках между нервными импульсами). Деполяризация мембраны нервного волокна приводит к разрыву созревшего пузырька, и капли медиатора поступают в синаптическую щель. Синапс - это место соединения двух нервных волокон или нервного волокна с клеткой другой ткани. Хотя по нервному волокну сигнал передается в электрическом виде, в отличие от обычных металлических проводов нервные волокна нельзя просто механически между собой соединить: импульс таким образом передаваться не может, поскольку оболочка нервного волокна не проводник, а изолятор. В этом смысле нервное волокно больше похоже не на провод, а на кабель, окруженный слоем электроизолятора. Вот почему нужен химический посредник. Эту роль как раз и выполняет молекула медиатора. Оказавшись в синаптической щели, медиатор воздействует на постсинаптическую мембрану, приводя к местному изменению ее поляризации, и таким образом зарождается электрический импульс в той клетке, на которую нужно передать возбуждение. Чаще всего в организме человека в качестве медиаторов выступают молекулы ацетилхолина, адреналина, норадреналина, дофамина и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Как только действие медиатора на постсинаптическую мембрану завершилось, молекула медиатора разрушается с помощью специальных ферментов, постоянно присутствующих в этом месте соединения клеток, - таким образом предотвращается перевозбуждение постсинаптической мембраны и соответственно клеток, на которые оказывается информационное воздействие. Именно по этой причине один импульс, дошедший до пресинаптической мембраны, порождает единственный импульс в постсинаптической мембране. Истощение запасов медиатора в пресинаптической мембране может иногда служить причиной нарушения проведения нервного импульса.

Гормоны - высокомолекулярные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции для управления активностью других органов и систем организма.

По своему химическому составу гормоны могут относиться к различным классам органических соединений, существенно различающихся по размеру молекул (табл. 13). Химический состав гормона определяет механизм его взаимодействия с клетками-мишенями.

Гормоны могут быть двух типов - прямого действия либо тропные. Первые непосредственно воздействуют на соматические клетки, изменяя их метаболическое состояние и заставляя их менять свою функциональную активность. Вторые предназначены для воздействия на другие железы внутренней секреции, в которых под влиянием тропных гормонов ускоряется либо замедляется выработка собственных гормонов, которые обычно действуют уже непосредственно на соматические клетки.

Для того чтобы после напряженных тренировок и соревнований спортсмен смог поддерживать нормальную деятельность организма и работоспособность, необходимо сбалансировать рацион в зависимости от индивидуальных потребностей спортсмена, которые должны соответствовать его возрасту, полу и виду спорта.

Как известно, физиологические потребности организма зависят от постоянно изменяющихся условий жизни спортсмена. Это не позволяет точно сбалансировать рацион.

Однако организм человека обладает регулирующими свойствами и может усваивать из пищи необходимые питательные вещества в том количестве, которое ему требуется в данный момент. Однако эти способы приспособления организма имеют определенные пределы.

Дело в том, что некоторые ценные витамины и незаменимые аминокислоты организм не может синтезировать в процессе обмена, и они могут поступить только с пищей. Если организм их не получает, питание будет несбалансированным, в результате чего и падает работоспособность, возникает угроза возникновения различных заболеваний.

Молоко, нежирные сыры и яйца богаты ценными минеральными веществами, которые защищают и укрепляют иммунную систему.

Для восстановления нормальной работы систем организма вместе с пищей спортсмен должен получать достаточное количество белков, жиров и углеводов, а также биологически активных веществ – витаминов и минеральных солей.

Белки

Эти вещества просто необходимы для спортсменов, поскольку они способствуют наращиванию мышечной массы.

Белки образуются в организме за счет поглощения белков из пищи. По пищевой ценности их невозможно заменить углеводами и жирами. Источниками белков являются продукты животного и растительного происхождения.

Белки состоят из аминокислот, которые подразделяются на заменимые (около 80%) и незаменимые (20%). Заменимые аминокислоты синтезируются в организме, а незаменимые организм синтезировать не может, поэтому они должны поступать вместе с пищей.

Белок – основной пластический материал. В составе скелетных мышц содержится приблизительно 20% белка. Белок входит в состав ферментов, ускоряющих разнообразные реакции и обеспечивающих интенсивность обмена веществ. Также белок содержится в гормонах, которые участвуют в регуляции физиологических процессов. Белок участвует в сократительной деятельности мышц. Помимо этого, белок является составной частью гемоглобина и обеспечивает транспортировку кислорода. Белок крови (фибриноген) участвует в процессе ее свертывания. Сложные белки (нуклеопротеиды) способствуют передаче по наследству качеств организма. Также белок является источником энергии, необходимой для выполнения упражнений: 1 г белка содержит 4,1 ккал.

Как уже упоминалось, мышечная ткань состоит из белка, поэтому культуристы для максимального увеличения размеров мышц вводят в рацион много белка, в 2-3 раза больше рекомендуемой нормы. Следует отметить, что мнение о том, что потребление большого количества белка увеличивает силу и выносливость, ошибочно. Единственным способом увеличения размеров мышц без вреда для здоровья является регулярная тренировка. Если спортсмен потребляет большое количество белковой пищи, это приводит к увеличению массы тела. Поскольку регулярные тренировки способствуют увеличению потребности организма в белке, большинство спортсменов употребляет насыщенную белками пищу с учетом нормы, рассчитанной диетологами.

К продуктам, обогащенным белком, относятся мясо, мясопродукты, рыба, молоко и яйца.

Мясо – источник полноценных белков, жиров, витаминов (В1, В2, В6) и минеральных веществ (калия, натрия, фосфора, железа, магния, цинка, йода). Также в состав мясных продуктов входят азотистые вещества, стимулирующие выделение желудочного сока, и безазотистые экстрактивные вещества, извлекающиеся при варке.

Признаками свежего мяса являются красный цвет, мягкий жир, часто окрашенный в яркие красные оттенки. На разрезе мякоть должна быть плотной, упругой, образующаяся при надавливании ямка должна быстро исчезать. Характерный запах свежего мяса – мясной, свойственный данному виду животного. Замороженное мясо должно иметь ровную поверхность, слегка покрытую инеем, на которой от прикосновения остаются пятна красноватого оттенка.

Срез замороженного мяса серовато-розового цвета, жир белого или светло-желтого оттенка. Свежесть мяса можно определить с помощью пробной варки. Для этого небольшой кусочек мякоти варят в кастрюле под крышкой, после чего определяют качество запаха бульона. Кислый или гнилостный запах показывает, что такое мясо употреблять в пищу нельзя. Мясной бульон должен быть прозрачным, жир на поверхности – светлым.

Почки, печень, мозги, легкие также содержат белок и имеют высокую биологическую ценность. Помимо белка, печень содержит много витамина А и жирорастворимых соединений железа, меди и фосфора. Она особенно полезна спортсменам, перенесшим тяжелую травму или операцию.

Ценным источником белка является морская и речная рыба. По наличию полезных веществ она не уступает мясу. По сравнению с мясом химический состав рыбы несколько разнообразнее. Она содержит до 20% белков, 20-30% жиров, 1,2% минеральных солей (соли калия, фосфора и железа). В морской рыбе содержится много фтора и йода.

Свежая рыба должна иметь гладкую, блестящую, плотно прилегающую к тушке чешую. Жабры свежей рыбы красного или розового цвета, глаза прозрачные, выпуклые. Мясо должно быть упругим, плотным, с трудно отделяющимися костями, ямка при нажатии пальцем не образуется, а при образовании тут же исчезает. Если тушку свежей рыбы бросить в воду, она утонет. Запах такой рыбы чистый, специфический. Мороженая доброкачественная рыба имеет плотно прилегающую чешую. Глаза на уровне орбит или выпуклые, запах, свойственный данному виду рыбы, не гнилостный. Признаками несвежей рыбы являются ввалившиеся глаза, чешуя без блеска, мутная липкая слизь на тушке, вздутый живот, желтоватые или сероватые жабры, дряблое мясо, легко отделяющееся от костей, запах гнилостный. Вторично замороженная рыба отличается тусклой поверхностью, измененным цветом мяса на разрезе, глубоко ввалившимися глазами. Использовать в пищу несвежую рыбу, имеющую указанные признаки, опасно.

Для определения качества рыбы, особенно замороженной, рекомендуется использовать пробу ножом, нагретым в кипящей воде. Нож вводится в мышцу, находящуюся сзади головы, после чего определяется запах мяса. Можно использовать и пробную варку, для чего небольшой кусок рыбы или вынутые жабры варят в воде и определяют после этого качество запаха.

В питании спортсменов разрешается использовать куриные и перепелиные яйца. Использование яиц водоплавающих птиц запрещается, так как они могут быть заражены возбудителями кишечных инфекций. Свежесть яиц определяется с помощью просмотра на свет через картонную трубку. Эффективен метод проверки, при котором яйца погружаются в раствор соли (30 г соли на 1 л воды). Свежие яйца в растворе соли тонут, длительно хранящиеся плавают в воде, усохшие и тухлые всплывают.

Кроме белков животного происхождения, существуют белки растительного происхождения, содержащиеся преимущественно в орехах и бобовых культурах, а также в сое.

Бобовые являются питательным и сытным источником обезжиренного белка, содержат нерастворимую клетчатку, сложные углеводы, железо, витамины С и группы В. Бобовые являются лучшим заменителем животного белка, снижают уровень холестерина, стабилизируют содержание сахара в крови. Включение их в рацион спортсменов обязательно не только из-за того, что в бобовых содержится большое количество белка. Такая пища позволяет контролировать массу тела. Бобовые лучше не употреблять в период соревнований, так как они являются довольно трудно усваиваемой пищей.

Соя содержит высококачественный белок, растворимую клетчатку, ингибиторы протеазы. Соевые продукты являются хорошими заменителями мяса, молока, незаменимы в рационе спортсменов-тяжелоатлетов и культуристов.

Орехи, помимо растительного белка, содержат витамины группы B, витамин E, калий, селен. Различные виды орехов включаются в рацион спортсменов в качестве питательного продукта, малый объем которого может заменить большое количество пищи. Орехи обогащают организм витаминами, белками и жирами, снижают риск онкологических заболеваний, предотвращают многие болезни сердца.