Организм — живая система
Организм человека — это сложная биологическая система, обладающая специфическим химическим составом. Как в любой живой системе, в человеческом организме непрерывно происходят процессы обмена веществ и превращения энергии. В этих процессах принимают участие как сложные органические соединения, так и неорганические вещества, содержащиеся в организме в разных количествах. Важнейшими органическими соединениями, которые обеспечивают функции самоподдержания и самовоспроизведения организма, являются белки и нуклеиновые кислоты. Источниками энергии для организма являются другие органические соединения — жиры и углеводы. Неорганические вещества (вода, минеральные соли) участвуют в реакциях обмена веществ, формируют ткани живого организма.
Таким образом, клетка представляет собой своеобразную «химическую фабрику», на которой ежесекундно с огромной скоростью происходят сотни и тысячи химических реакций. Обмен веществ и превращение энергии связаны с такими процессами, как питание, дыхание и выделение. Под питанием обычно понимают поступление в организм, переваривание и усвоение им веществ, необходимых для пополнения энергетических запасов и построения тела организма.
Реакции обмена неразрывно связаны с процессами превращения одних видов энергии в другие. Например, в процессе синтеза сложных органических соединений (белков, жиров, углеводов) энергия запасается в виде энергии химических связей в сложных органических молекулах, а в процессе дыхания она высвобождается и расходуется на синтез новых молекул, двигательную активность, поддержание постоянной температуры тела и т. д. Для живой системы очень важна высокая скорость химических реакций, которая обеспечивается биологическими катализаторами белковой природы — ферментами, или энзимами.
Ферменты ускоряют протекание химических реакций в клетке в десятки и сотни тысяч раз, а иногда они просто являются необходимым условием протекания конкретной химической реакции. При этом ферменты не влияют на свойства конечных продуктов реакции, не изменяют их и не изменяются сами в ходе реакции. Ферменты содержатся в слюне, желудочном и кишечном соках, желчи.
Молекула фермента состоит из двух частей: белковой и небелковой (кофермента). В роли кофермента выступают органические вещества с относительно небольшими размерами молекул. Соединяясь с белковой частью, они образуют фермент, способный функционировать. Такие вещества хорошо растворимы в воде и называются водорастворимыми витаминами, или энзимовитаминами.
Регуляция всех процессов в организме осуществляется не только нервной, но и эндокринной системой. Эндокринные железы выделят в кровь специальные биологически активные вещества белковой природы, способные влиять на реакции обмена веществ, — гормоны. Они выполняют в организме роль сигналов, контролирующих обменные и физиологические реакции. Подобную роль могут выполнять и небелковые вещества, получившие название гормоновитамины. Их относят к группе жирорастворимых витаминов, поскольку они хорошо растворяются в жирах.
Витамины — «пламя жизни»
Вплоть до 80-х годов XIX века считалось, что для нормального функционирования организма животных и человека достаточно белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды. И только в конце позапрошлого столетия русский ученый Н. И. Лунин установил, что во многих пищевых продуктах имеются неизвестные науке вещества, необходимые для жизни. Такой вывод был сделан в результате проведенного исследования питания белых мышей. Мыши, получавшие цельное молоко, были здоровы, но погибали, когда их начинали кормить смесью из очищенных составных частей молока: казеина, жира, сахара, солей и воды.
Витаминами называются разнообразные по структуре низкомолекулярные соединения органической природы, как правило, не синтезируемые в организме человека и необходимые для нормальной жизнедеятельности организма.
Позже существование незаменимых компонентов питания было подтверждено в исследованиях голландского врача X. Эйкмана, который наблюдал развитие заболевания, сходного с бери-бери, у кур, получавших в пищу только полированный рис. При этом куры волшебным образом выздоравливали при добавлении в их рацион рисовых отрубей.
Английский ученый Ф. Дж. Хопкинс в экспериментах на животных установил, что возникновение таких заболеваний, как бери-бери, скорбута и рахит, связано с недостатком в пище незаменимых органических компонентов небелкового характера, которые науке были на тот момент неизвестны.
Термин «витамин» был введен в науку в 1912 г. польским биохимиком К. Функом. В буквальном переводе он означает «амин жизни». Считалось, что эти вещества обладают полезными свойствами благодаря наличию в своем химическом составе аминогруппы (—NН3), являющейся обязательной составной частью молекулы белка. Позже выяснилось, что в составе многих витаминов аминогруппа отсутствует, но название уже закрепилось в научном обиходе.
Практически все витамины поступают в организм с пищей, и только некоторые из них в очень ограниченных количествах синтезируются человеческим организмом (благодаря деятельности бактерий кишечника). Витамины не участвуют непосредственно в обмене веществ и энергии и способны функционировать только в составе биологических катализаторов — ферментов. Свое биологическое действие витамины проявляют в малых дозах.
Витамины образуются путем биосинтеза в растительных клетках и тканях. Обычно в растениях они находятся в неактивной форме, или в форме провитаминов. Провитамины полностью усваиваются организмом человека и являются самой подходящей формой для принятия в пищу. Они являются биохимическими предшественниками витаминов: в организме человека и животных под действием различных факторов (деятельности кишечных бактерий, воздействия ультрафиолетового излучения, окисления) они переходят в активную форму, способную связываться с белковым носителем в качестве кофермента.
Витамины способствуют более полному, экономному и эффективному использованию основных питательных веществ, при котором органические вещества пищи высвобождают необходимую энергию. Кроме этого, многие витамины способны предохранять жировой слой мембран клеток от процессов перекисного окисления, приводящих к разрушению и гибели клеток. В этом проявляется антиоксидантная функция витаминов.
Витамины принято делить на две большие группы: водорастворимые и жирорастворимые.
Водорастворимые витамины обладают способностью растворяться в воде. Эти витамины не способны накапливаться в организме и требуют ежедневного пополнения.
Жирорастворимые соответственно растворяются только в жировых растворителях. Они способны накапливаться в жировой ткани и в клетках печени.