Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МБОУ «Ордена «Знака Почёта» Гимназия №2
имени И.П.Павлова»
Исследовательская работа на тему:
Влияние аскорбатоксидазы на содержание витамина С.
Выполнила:
ученица 9 класса
Кудасова Ксения
Научный руководитель:
Аникина Е. В.
г. Рязань, 2014
Содержание
Введение…………………………………………………………………..…...…3
Заключение…………………………………………………………………...….10
Литература………………………………………………………………….......11
Приложение …………………………………………………………………….12
Введение
Всем известны витамины - вещества, необходимые для жизни. Но мы очень удивилась, когда узнали о том, что существуют антивитамины - вещества, разрушающие витамины или подавляющие их активность. Оказывается, антивитамины существуют для каждого витамина и, как правило, это органические вещества. Витамин, который необходим нам в самом большом количестве – витамин С - также имеет свой антивитамин – аскорбатоксидазу. Предполагаем, что взаимодействие этих двух веществ может приводить к уменьшению содержания витамина С в овощах и фруктах.
Цель работы:
Задачи работы:
Витамины — группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Органические вещества, необходимые для полноценного функционирования организма человека. Витамины не являются для организма поставщиком энергии. Однако им отводится важнейшая роль в обмене веществ. Витамины участвуют в огромном количестве биохимических реакций. Выполняя либо каталитическую функцию в составе активных центров большого количества разнообразных ферментов, либо являются информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.
Суточная потребность в витаминах невелика, но при недостаточном их поступлении в организм наступают характерные и опасные патологические изменения. Большинство витаминов не синтезируются в организме человека, поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей пищевыми добавками.
Ко второй половине 19 века было выяснено, что пищевая ценность продуктов питания определяется содержанием в них в основном следующих веществ: белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды.
Считалось общепризнанным, что если в пищу человека входят в определенных количествах все эти питательные вещества, то она полностью отвечает биологическим потребностям организма. Это мнение прочно укоренилось в науке и поддерживалось такими авторитетными физиологами того времени, как Петтенкофер, Фойт и Рубнер
Экспериментальное обоснование и научно-теоретическое обобщение этого многовекового практического опыта впервые стали возможны благодаря открывшем новую главу в науке исследованием русского ученого Николая Ивановича Лунина, изучавшего в лаборатории Г.А.Бунге роль минеральных веществ в питании.
Н.И.Лунин проводил свои опыты на мышах, содержавшихся на искусственно приготовленной пище. Эта пища состояла из смеси очищенного казеина (белок молока), жира молока, молочного сахара, солей, входящих в состав молока и воды. Казалось, налицо были все необходимые составные части молока; между тем мыши, находившееся на такой диете, не росли, теряли в весе, переставали поедать получаемый им корм и, наконец, погибали. В то же время контрольная партия мышей, получившая натуральное молоко, развивалась совершенно нормально. На основании этих работ Н.И.Лунин в 1880 г. пришел к следующему заключению: "...если, как вышеупомянутые опыты учат, невозможно обеспечить жизнь белками, жирами, сахаром, солями и водой, то из этого следует, что в молоке, помимо казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания. Представляет большой интерес исследовать эти вещества и изучить их значение для питания".
Это было важное научное открытие, опровергавшее установившееся положения в науке о питании. Результаты работ Н.И.Лунина стали оспариваться; их пытались объяснить, например, тем, что искусственно приготовленная пища, которой он в своих опытах кормил животных, была якобы невкусной.
В 1890 г. К.А.Сосин повторил опыты Н.И.Лунина с иным вариантом искусственной диеты и полностью подтвердил выводы Н.И.Лунина. Все же и после этого безупречный вывод не сразу получил всеобщее признание.
Антивитамины - это соединения, близкие по химическому строению к витаминам, но обладающие противоположным биологическим действием. При попадании в организм антивитамины включаются вместо витаминов в реакции обмена веществ и тормозят или нарушают их нормальное течение. Это ведёт к витаминной недостаточности даже в тех случаях, когда соответствующий витамин поступает с пищей в достаточном количестве.
Антивитамины известны почти для всех витаминов. Например, антивитамины витамина B1 является пиритиамин, вызывающий явления полиневрита. К антивитаминам специалисты относят биологически активные соединения, обладающие способностью уменьшать или полностью ликвидировать специфический эффект витаминов.
В настоящее время эти вещества обнаружены в целом ряде пищевых продуктов. В овощах, ягодах и фруктах, но больше всего в огурцах, кабачках, цветной капусте и тыкве содержится аскорбатоксидаза. Этот фермент, способен окислять витамин С до практически неактивной формы. Но это бывает лишь в тех случаях, когда структура овощей, ягод и фруктов нарушается. Природа позаботилась, чтобы внутри плодов витамин С и разрушающий его фермент были разобщены.
История антивитаминов началась лет 60 назад с одной поначалу, казалось бы, неудачи. Химики решили синтезировать витамин В9 (фолиевая кислота) и заодно несколько усилить его биологические свойства. Этот витамин, как известно, участвует в биосинтезе белка и активизирует процессы кроветворения. Следовательно, в процессах жизнедеятельности ему отводится далеко не последняя роль. А химический аналог полностью утратил витаминную активность. Но оказалось, что новое антивитаминное соединение тормозит развитие клеток, прежде всего раковых. Поэтому его стали применять для лечения онкологических больных. Стремясь понять механизм лечебного действия препарата, биохимики установили, что он является антагонистом витамина В9.
В заключение одна необходимая оговорка. В продуктах питания соотношение витаминов и антивитаминов сохраняется, как правило, в пользу первых. Прием антивитаминов как лекарственных средств это соотношение может нарушить. Поэтому при необходимости врачи наряду с антивитаминами назначают дополнительно и соответствующий витамин или коферментные препараты. К слову, это еще один довод против самолечения: ведь закономерности действия антивитаминов, их противоборства витаминам известны только врачу.
В экспериментах на животных установлено, что в составе соевых бобов имеется белковое соединение, которое способствует развитию рахита даже при нормальном поступлении с пищей витамина D, кальция и фосфора. Оказалось, что нагревание соевой муки разрушает антивитамины, при этом, естественно, его отрицательных свойств можно не опасаться.
Отрицательных ли? А нельзя эти свойства использовать в медицинской практике при лечении D-гипервитаминозных состояний? Это еще предстоит доказать.
А вот антивитамин К уже вошел в арсенал лекарственных средств. Интересна история его создания. Специалисты выясняли причину так называемой болезни сладкого клевера у сельскохозяйственных животных, один из симптомов которой плохая свертываемость крови. Оказалось, что в клеверном сене содержится антивитамин К—дикумарин. Витамин К способствует свертыванию крови, а дикумарин нарушает этот процесс. Так возникла идея, воплощенная затем в жизнь, использовать дикумарин для лечения различных заболеваний, обусловленных повышенной свертываемостью крови.
Незначительно изменив структуру витамина В (пантотеновой кислоты), химики получили вещество с противоположными витамину свойствами. В процессе длительного экспериментального изучения нового соединения была выявлена не присущая пантотеновой кислоте психотропная активность. Оказалось, что антивитамин В3—пантогам обладает умеренным успокаивающим действием и способен оказывать противосудорожный эффект.
Соединив две молекулы витамина В6, специалисты синтезировали вещество, которое может рассматриваться как его антагонист. Затем выяснилось, что вновь полученное соединение (его называют пиридитол, энцефабол и т.д.) благоприятно влияет на некоторые ключевые обменные процессы в тканях головного мозга. Под воздействием пиридитола улучшается утилизация глюкозы клетками головного мозга, нормализуется транспорт фосфатов через гематоэнцефалический барьер, повышается их содержание в головном мозгу. В результате и этот антивитамин нашел применение в клинической практике.
В ходе изучения антивитаминов и использования их в качестве лекарственных средств возник вопрос: «а каков же механизм действия такого рода химических соединений?» О витаминах известно, что они в организме человека превращаются в более активные в биологическом отношении коферменты, которые, в свою очередь, вступая во взаимодействие со специфическими белками, образуют ферменты—катализаторы разнообразных биохимических процессов. А антивитамины?
Имея близкое с витаминами структурное сходство, эти соперники витаминов, возможно, трансформируются в организме человека по тем же законам, что и их «родоначальники», превращаясь в ложный кофермент. В дальнейшем он, вступая во взаимодействие со специфическим белком, подменяет собой истинный кофермент соответствующего витамина. Заняв его место, антивитамин в то же время не занял биологической роли витаминов. Кофермент «обманут». Он не замечает отличия между истинным коферментом и его соперником и по-прежнему стремится выполнить свою функцию катализатора. Но это ему уже не удается. Соответствующие процессы обмена веществ остановлены—они не могут протекать без участия катализатора. Не исключено при этом, что возникший псевдофермент начинает играть присущую уже только ему биохимическую роль, и это обусловливает спектр фармакотерапевтического действия антивитамина.
Возможно, именно подобные изменения структуры лежат в основе терапевтического действия «универсальных» антивитаминов, какими являются эффективные противотуберкулёзные средства изониазид и фтивазид. Они нарушают в микобактериях туберкулеза обменные процессы не только витамина Вв, но и тиамина, витаминов В3, РР и В2, благодаря чему задерживают рост и размножение возбудителей заболевания. Аналогичный механизм, очевидно, определяет и действие некоторых противомалярийных препаратов - акрихина и хинина, являющихся антагонистами рибофлавина (витаминаВ).
Означают ли приведенные примеры, что каждый из синтетических антивитаминов может найти применение в медицинской практике? Нет.
К настоящему времени химики различных стран синтезировали сотни, а может быть, тысячи разнообразных производных витаминов, среди которых многие имеют антивитаминные свойства. Но далеко не все из них оказались в арсенале лекарственных средств: мала фармакобиологическая активность. Однако целесообразность дальнейших исследований свойств витаминов и их производных не вызывает сомнений. И, как знать, может быть, именно среди антагонистов витаминов будут обнаружены новые средства борьбы с заболеваниями.
Аскорбатоксидаза - глобулярный конъюгированный медь содержащий белок. Медь в молекуле фермента находится в смешанном валентном состоянии: два атома - одновалентные, они не несут ферментативной функции; шесть - двухвалентные, ответственные за оксидазную активность и голубую окраску водного раствора очищенного фермента. В молекуле белка содержится 18различных аминокислот и гексозамин. Апофермент содержит 10 сульфгидрильных групп. Предполагается, что каталитические функции осуществляются не
только при обратимом изменении валентности меди, но и при обратимых структурных изменениях белковой части молекулы фермента.
Аскорбатоксидаза катализирует реакцию окисления:
C6H8O6 + 1/2 О2 → С6Н6О6 + Н2О.
АК ДАК
Методом ЭПР-спектрометрии было показано возникновение свободных радикалов АК в этой реакции
Активность фермента угнетается цианидом и диэтилдитиокарбаматом натрия, который, активно захватывая ионы меди, образует прочный фермент-
ингибиторный комплекс.
Аскорбатоксидаза обнаружена практически во всех хлорофиллоносных
клетках. Она отсутствует в клубнях картофеля, в покоящихся семенах гороха, но при прорастании последних быстро появляется в осевой части побега и корня, где увеличивается и изоферментный состав оксидазы. Несколько изоформ аскорбатоксидазы обнаружено в тыкве. На клеточном уровне аскорбатоксидаза ассоциирована с клеточной стенкой и цитоплазмой. В процессе роста и старения растений аскорбатоксидазная активность меняется. При снижении интенсивности света за счет общей освещенности и удалении УФ-излучения в растениях ячменя и девясила корнеглавого в онтогенезеактивность аскорбактоксидазы понижается, что происходит и при созревании ягод черной смородины.
Аскорбатоксидаза - антивитамин С. Он есть во всех овощах и фруктах: больше всего этого фермента содержится в огурцах, кабачках, цветной капусте и тыкве, меньше всего - в свекле, помидорах, моркови и черной смородине. К антивитаминам С относится и хлорофилл – пигмент, обусловливающий зеленую окраску овощей и огородной зелени. Аскорбатоксидаза и хлорофилл ускоряют окисление витамина С. Если нарезанный салат постоит в открытой посуде при комнатной температуре 4-6 часов, он потеряет примерно 50% витамина С, а свежий тыквенный сок лишится такого же количества витамина С уже через 15 минут после того, как был отжат.
Хорошо известный способ сберечь витамин С по возможности есть фрукты и овощи целыми, а если нарезать, то непосредственно перед подачей на стол.
Витамин С играет важную роль в поддержании нор мального состояния стенок сосудов и сохранении их элас тичности, увеличивает гликогенные запасы печени и повышает ее антитоксическую (обезвреживающую) функ цию, способствует усвоению железа и нормальному кро ветворению, стимулирует процесс роста, повышает ус тойчивость организма к воздействию некоторых токси ческих веществ, перегреванию, охлаждению и кислород ному голоданию, тормозит развитие ряда инфекционных заболеваний.
Аскорбиновая кислота не синтезируется и не накап ливается, поэтому она должна ежедневно поступать с пи щей для удовлетворения физиологической потребности организма. Ее недостаточность через 1—3 месяца ведет к С-гиповитаминозу, а через 3—б месяцев может воз никнуть авитаминоз — цинга. В настоящее время в на шей стране стали выявляться авитаминозы и очень час то отмечаться С-гиповитаминозы.
Суточная потребность детского и взрослого организ ма в витамине С колеблется от 30 до 100 мг. Доза для беременных женщин— 100 мг, для кормящих грудью — 120 мг. На 30—50% и более повышается потребность в нем в условиях очень холодного или жаркого клима та, при работе в горячих цехах металлургических пред приятий, глубоких шахтах и т. д.
Витамин С в разных количествах содержат почти все плоды и овощи. Особенно богаты им шиповник, незре лые грецкие орехи, черная смородина, сладкий перец, петрушка и укроп.
Сравнительно много этого витамина в цитрусовых, землянике и зеленом луке. Важным источни ком этого витамина являются капуста и картофель, сос тавляющие значительную долю в пищевом рационе че ловека. По тка ням плодов и овощей он распределен неравномерно. В мякоти, особенно под кожицей, его почти в 2 раза боль ше, чем в сердцевине. При созревании плодов и овощей содержание витамина повышается, а при перезревании уменьшается.
При хранении, консервировании и кулинарной обра ботке пищевых продуктов наблюдается потеря витамина С, связанная с его высокой чувствительностью к кисло роду воздуха и хорошей растворимостью в воде. Потери увеличиваются под влиянием высокой температуры, в присутствии ферментов, окисляющих витамин, а также ионов тяжелых металлов, особенно меди. При высоком содержании фермента аскорбатоксидазы количество ви тамина С в плодах и овощах быстро уменьшается, при малом — он сохраняется дольше.
Следует учитывать, что потеря витамина С даже при правильной варке продуктов достигает 50—60%, при сушке—70%. Нарушение правил кулинарной обра ботки пищи увеличивает процент его разрушения. Так, в щах из свежей капусты через 3 часа после приготовле ния остается 50% витамина С, через 6 часов—10 %, а при повторном нагреве он полностью разрушается. Быст ро разрушается этот витамин и при приготовлении пищи в плохо луженной железной или медной посуде, при вар ке с открытой крышкой, при доступе кислорода воздуха. Ускоряет разрушение витамина С хранение овощей и фруктов в тепле и на свету. Лучше сохраняется он в кис лых продуктах и блюдах, содержащих органические кис лоты.(лимоны, клюква, смородина, алыча, борщ, кислые щи и др.).
Структурная формула аскорбиновой кислоты представлена на рисунке. Из рисунка видно, что в молекуле витамина С нет карбоксильной группы -
носителя кислотных свойств в органической химии. Кислотные свойства этого вещества обусловлены лёгкой подвижностью водорода у третьего углеродного атома. Однако в природных продуктах содержится огромное количество органических кислот, поэтому определять витамин C методом нейтрализации нельзя.
При определении витамина С резонно воспользоваться легкой окисляемостью этого вещества. Аскорбиновая кислота крайне легко
окисляется, даже кислородом воздуха. Именно поэтому витамин С так быстро разрушается, особенно при контакте с металлами, которые катализируют процесс окисления. При окислении аскорбиновая кислота переходит в дегидроаскорбиновую, которая уже не проявляет витаминных свойств:
В качестве окислителя в данном методе используется элементарный I2 который количественно переводит аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую, при этом образуется йодоводородная кислота. Схема реакции:
С6Н402(ОН)4 + I2 = C6H4O4(OH)2 + 2HI
Так как мы не нашли методику определения акорбатоксидазы, то решили подтвердить её наличие , основываясь на способности разрушать аскорбиновую кислоту. Для этого мы определили содержание витамина С в свежевыжатом соке огурца, яблока, апельсина и в этом же соке через 5 часов. Результаты опытов представлены в таблице 1.
В результате выполненных опытов оказалось, что витамин С огурца и яблока разрушился практически полностью, в то время как в соке апельсина его количество уменьшилось только на 30 %. По найденным данным о содержании витамина С и аскорбатоксидазы в различных фруктах и овощах ( приложение 1), следует, что апельсины не содержат антивитамина, в то время как в огурцах его содержание превышает содержание аскорбиновой кислоты, а в яблоках может достигать до 20 % от содержания витамина С.
|
Свежевыжатый сок |
Сок через 5 часов |
|||
|
Объём раствора йода, пошедший на титрование, мл |
Содержание витамина С на 100 г продукта |
Объём раствора йода, пошедший на титрование, мл |
Содержание витамина С на 100 г продукта |
|
|
Огурец |
1, 2 |
7 |
0 |
0 |
|
Яблоко |
3, 5 |
15 |
0 |
0 |
|
Апельсин |
7 |
30 |
3, 5 |
15 |
Количество витамина С в пробе (мг) находили по формуле:
mvit C = V*0,875
V - объем раствора потраченного на титрования, m - масса ломтика.
Масса ломтиков колебалась от 2 до 5 г, на каждый опыт было проведено не меньше 5 измерений. Расчёты представлены в приложение 2.
Заключение
Чтобы доказать разрушающее действие аскорбатоксидазы, мы провели опыты по определению концентрации аскорбиновой кислоты в сыром картофеле, яблоках, огурцах - в свежевыжатом соке и спустя несколько часов. В яблоках и огурцах содержание витамина С через 5 часов оказалось практически равно нулю, а вот картофель не содержит аскрбатоксидазу, поэтому уменьшение концентрации витамина С связано с окислением кислорода воздуха и составило не более 50 % от первоначального количества.
Но не думайте, пожалуйста, что антивитамины способны полностью нейтрализовать действие витаминов, к счастью, в продуктах питания соотношение витаминов и антивитаминов сохраняется, как правило, в пользу первых, за небольшим исключением, например – кабачки и огурцы.
Поэтому для сохранения витамина С в овощах и фруктах при приготовление различных блюд, необходимо соблюдать следующие правила:
- овощи и фрукты нарезать крупно, перед употреблением в пищу;
- при варке помещать овощи в кипящую воду, которая разрушает аскорбатоксидазу;
- в качестве источника витамина С использовать в пищу овощи и фрукты, в которых содержание аскорбатоксидазы незначительно – шиповник, чёрную смородину, репчатый лук, перец.
Литература
2.Витамины. Всё о витаминах [Электронный ресурс]-клиническая иммунология. Режим доступа http://immunologia.ru/2-vitamin.html
3.Витамины друзья человека [Электронный ресурс]- HealthyChem.
Режим доступа http://www.healthychem.ru/
4.Витамины история открытия [Электронный ресурс]- Fuction Book.lib.Режим доступа http://www.fictionbook.ru/
5.Витамины [Электронный ресурс]-Единое окно доступа к образовательным ресурсам. Режим доступа http://window.edu.ru/window
7.Что такое антивитамины?[Электронный ресурс]-Эффективная медицина.
Режим доступа http://www.medactiv.ru/yguide/guide-0346.shtml
Приложение 1
Таблица 1
Содержание фермента аскорбатоксидазы и аскорбиновой кислоты в некоторых овощах и фруктах
Приложение 2
Реактивы:
Оборудование:
Ход определения: На весах взвешивают яблоко в целом. Результат записывают. Затем острым ножом вырезают ломтик от самой сердцевины (витамины распределены в толще яблока неравномерно, а нам необходимо провести анализ яблока в целом). Ломтик помещают в ступку, заливают 20-30 мл соляной кислоты и тщательно растирают. Остаток яблока взвешивают и по разности находят массу ломтика (результат также записывают). Полученную смесь количественно переносят в коническую колбу и титруют раствором йода, тщательно перемешивая. Как только капля йода окрасит раствор в синий цвет и окраска не исчезнет в течение 2-3 минут, записывают показания бюретки
Количество витамина С в пробе (мг) находят по формуле:
mvit C = V*0,875
V - объем раствора потраченного на титрования, m - масса ломтика.
PAGE \* MERGEFORMAT 0