Основные принципы структурной организации белков и причины разнообразия природных (нативных) конформаций белковых молекул

2-я группа — соединения, тем или иным образом специфически  инактивирующие витамины, например, с помощью их модификации, или  ограничивающие их биологическую активность .

 Если классифицировать  антивитамины по характеру действия, как это принято в биохимии, то первая (антиметаболитная) группа может рассматриваться в качестве конкурентных ингибиторов, а вторая — неконкурентных, причем во вторую группу попадают весьма разнообразные по своей химической природе соединения и даже сами витамины, способные в ряде случаев ограничивать действие друг друга.

К числу антивитаминов  относятся ферменты:

• аскорбатоксидаза, тиаминаза;
• белок яйца авидин, природные антагонисты рибофлавина;
• антивитаминоподобные соединения ниацина;
• линатин и др.

 Так называемые  антипитательные вещества содержатся  в растительных белках. Они играют  большую роль в защите растений  от неблагоприятных экологических  факторов, включая воздействие насекомых, вирусов, бактерий и др.

ПРЕДСТАВИТЕЛИ

Рассмотрим некоторые конкретные примеры соединений, имеющих ярко выраженную антивитаминную активность.

 

 

 Антивитамины ретинола (А). Гидрогенизированные жиры снижают сохранность данного витамина .

Антивитамины тиамина (B1). Изменение биологических свойств  тиамина обусловлено преобразованием участков молекулы тиамина - оксиэтилового радикала, пиримидинового и тиазолового соединений. В результате изменения оксиэтилового радикала образуется эффективный антиметаболит - ампролиум, обусловливающий нарушение функции центральной нервной системы.

 Вещество, разрушающее  тиамин в пище, - фермент тиаминаза  - содержится в тканях многих  пресноводных и морских рыб,  особенно много ее в карпе,  атлантической сельди, моллюсках. Кроме того, тиаминаза продуцируется бактериями кишечного тракта – Bacteria thiaminolytic и Bacteria anekrinolytieny . Поэтому недостаточность тиамина была выявлена в первую очередь у лиц, употреблявших свежую рыбу. Найден антивитаминный фактор и в составе кофе. Тиаминазы растительного и животного происхождения вызывают разрушение части тиамина в различных пищевых продуктах при хранении.

 Антивитамином тиамина  является также неопиритиамин,  угнетающий тиаминдифосфаткиназу  и препятствующий образованию  тиаминдифосфата, что приводит  к изменению функционирования  центральной нервной системы.

 Аналог тиамина  окситиамин получается путем  изменения пиримидиновой части молекулы и образуется при длительном кипячении кислых ягод и фруктов. Он повреждает сердечную мышцу и вызывает брадикардию .

Антивитамины рибофлавина (В2). Это акрихнин, делагил, хингамин.

Антивитамины пантотеновой кислоты (B5). Одним из самых сильных  антивитаминов является α-метилпантотеновая  кислота. Она вызывает выраженные признаки недостаточности витамина в виде периферических нефропатий и нарушений  функции коры надпочечников.

 Антивитамины пиридоксина  (В6). Линатин – антагонист данного  витамина, содержащийся в семенах  льна, съедобных грибах и некоторых видах семян бобовых. Наиболее значительный негативный эффект он оказывает на рост молодых бройлеров в возрасте до 14 дней.

Антивитамины фолиевой кислоты (В9). К ним относятся амино- и аметоптерины, сульфаниламиды, которые  блокируют реакции, связанных с  переносом и использованием одноуглеродного  радикала в синтезе нуклеиновых  и других соединений, что в последующем  приводит к физиологическим нарушениям в организме человека.

 Аминоптерин может  способствовать развитию анемии  у собак, обусловленной дефицитом  фолиевой кислоты.

Антивитамины кобаламина (В12). К наиболее активным аналогам кофермента B12 относятся производные 2-амино-метилпропанола. Изменение биологических свойств витамина B12 приводит к тяжелым нарушениям процессов кроветворения, поражению нервной системы и органов пищеварения .

Антивитамины аскорбиновой кислоты (С). Аскорбатоксидаза и некоторые  другие окислительные ферменты проявляют антивитаминную активность по отношению к витамину С.

Аскорбатоксидаза катализирует реакцию окисления аскорбиновой кислоты в дегидроаскорбиновую  кислоту. Содержание аскорбатоксидазы и её активность в различных продуктах  неодинакова: наиболее активна она в огурцах, кабачках. В то же время она практически отсутствует или обнаруживается в небольших количествах в моркови, луке, томатах, свекле, в некоторых плодах и ягодах.

 Степень проявления  активности аскорбатоксидазы зависит  от степени нарушения структуры тканей растений. За счет аскорбатоксидазы смесь сырых измельченных овощей за 6 часов хранения теряет более 50% содержащейся в них аскорбиновой кислоты, причем потери тем больше, чем больше степень измельчения. В соках в результате большого контакта между аскорбатоксидазой и аскорбиновой кислотой этот процесс еще больше ускоряется: 15 мин достаточно для окисления 50% содержащейся в тыквенном соке аскорбиновой кислоты, 35 мин - в соке капусты.

 Аскорбатоксидаза  термолабильна: нагревание растительных продуктов в течение 3 мин при 100 °С достаточно для полного подавления ее активности  
Антивитамины биотина (Н). Белок яйца авидин – это белковая фракция, приводящая к дефициту биотина за счёт связывания и перевода его в неактивное состояние. Это вещество связывает биотин и препятствует его всасыванию в кровь. При нагревании происходит денатурация (необратимое нарушение структуры) авидина в яичном белке, и поэтому приготовленные яйца не мешают усваивать биотин.

 

Покажите взаимосвязь процессов  спиртового брожения и дыхания у растительных организмов. Каков энергетический баланс брожения и дыхания? Почему дыхание приводит к потерям пищевого сырья растительного происхождения при хранении? Как снизить потери сырья?

Брожение — это  внутренний окислительно-восстановительный процесс, при котором акцептором электронов служит органическая молекула и суммарная степень окисления образующихся продуктов, отличается от степени окисления сбраживаемого вещества. С.П. Костычев выдвинул положение о генетической связи процессов брожения и дыхания. При этом он опирался на следующие факты:

1. У высших растений  был найден весь набор ферментов,  который катализирует отдельные  этапы процесса брожения.

2. При временном попадании  в условия анаэробиоза высшие  растения определенное время существуют за счет энергии, выделяющейся в процессе брожения. Правда, поскольку процесс брожения энергетически значительно менее эффективен, в анаэробных условиях рост растений приостанавливается. Кроме того, продукты брожения, в частности спирт, ядовиты, и их накопление приводит к гибели растения.

3. При добавлении к  клеткам факультативных анаэробов  (дрожжи) полусброженных Сахаров  интенсивность дыхания у них  резко возрастает, следовательно,  полусброженные продукты являются  лучшим субстратом дыхания по сравнению с неизмененными сахарами.

В настоящее время  общепризнано, что первые этапы (гликолиз) протекают одинаково при процессах, как дыхания, так и брожения. Поворотным моментом является образование пировиноградной  кислоты. В аэробных условиях пировиноградная кислота распадается до С02 и воды в результате декарбоксилирования и цикла Кребса (дыхание), тогда как в анаэробных она преобразуется в различные органические соединения (брожение). Организм обладает способностью при изменении условий переключать процессы, прекращая брожение и усиливая дыхание и наоборот. Впервые в опытах Пастера было показано, что в присутствии кислорода процесс брожения у дрожжей тормозится и заменяется процессом дыхания. Одновременно резко сокращается распад глюкозы. Это явление оказалось характерным для всех факультативных анаэробных организмов, включая высшие растения, и получило название эффекта Пастера. Сокращение расхода глюкозы в присутствии кислорода целесообразно, поскольку при дыхательном распаде выход энергии значительно выше, а следовательно, глюкоза используется более экономно. Однако осуществление разбираемого эффекта требует специальных механизмов, которые будут рассмотрены далее. В зависимости от получаемого продукта различают разные типы брожения. При спиртовом брожении пировиноградная кислота, образовавшаяся в процессе гликолиза, декарбоксилируется с образованием уксусного альдегида при участии фермента пируватдекарбоксилазы, а затем восстанавливается до этилового спирта ферментом алкогольдегидрогеназой:

 

 

Обе эти реакции не сопровождаются образованием АТФ. В связи с этим выход АТФ при спиртовом брожении такой же, как при гликолизе (первой фазы брожения и дыхания), и составляет две молекулы при распаде 1 моль глюкозы. Восстановленные никотинамидные коферменты НАДН + Н+, образовавшиеся в процессе гликолиза, не поступают в дыхательную цепь (у анаэробных организмов ее и нет), а используются для восстановления уксусного альдегида до спирта. Следовательно, энергетический выход процессов брожения крайне низок. Разные микроорганизмы осуществляют и разные типы брожения. Так, молочнокислые бактерии накапливают молочную кислоту. При этом пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты:

 

 

Для некоторых облигатных анаэробных микроорганизмов, например азотфиксирующей бактерии Clostridium pasteurianum, характерно образование в процессе брожения масляной кислоты, С02 и N2. Процесс брожения служит источником энергии для облигатных (обязательных) или факультативных ана­эробных организмов. Обе эти реакции не сопровождаются образованием АТФ. В связи с этим выход АТФ при спиртовом брожении такой же, как при гликолизе (первой фазы брожения и дыхания), и составляет две молекулы при распаде 1 моль глюкозы. Восстановленные никотинамидные коферменты НАДН + Н+, образовавшиеся в процессе гликолиза, не поступают в дыхательную цепь (у анаэробных организмов ее и нет), а используются для восстановления уксусного альдегида до спирта. Следовательно, энергетический выход процессов брожения крайне низок. Разные микроорганизмы осуществляют и разные типы брожения. Так, молочнокислые бактерии накапливают молочную кислоту. При этом пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты: Для некоторых облигатных анаэробных микроорганизмов, например азотфиксирующей бактерии Clostridium pasteurianum, характерно образование в процессе брожения масляной кислоты, С02 и N2. Процесс брожения служит источником энергии для облигатных (обязательных) или факультативных анаэробных организмов.

Зерна злаков, семена масличных  культур, клубни картофеля, корни сахарной свеклы являются живыми организмами. Часть крахмала зерновых злаков и клубней картофеля, клубней сахарной свеклы при хранении подвергается ферментативному гидролизу. При этом крахмал превращается в гексозы

(C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6

 Образовавшиеся гексозы окисляются до диоксида углерода и воды

 C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + энергия (2870 кДж)

 Этот процесс называют  аэробным дыханием.

 При хранении зерновых  злаков и корней сахарной свеклы  в отсутствии кислорода воздуха  происходит анаэробное дыхание (спиртовое брожение)

 C6H12O6 = 2CO2 + 2C2H5OH + энергия (234 кДж)

 Клубни картофеля  в отличие от многих других  растений обладают очень слабой  способностью накапливать спирт  в анаэробных условиях, поэтому  они быстро портятся даже при  кратковременном отсутствии кислорода. При этом вместо этилового спирта образуется молочная кислота (C3H6O3).

 Нормальным видом  дыхания является аэробное. В  результате дыхания растительного  сырья происходят потери ценных  веществ – углеводов. Эти потери  неизбежны, но так как они зависят от интенсивности дыхания, то необходимо стремиться по возможности уменьшить эту интенсивность и тем самым снизить потери.

Интенсивность дыхания  зависит от многих факторов: вида и  сорта растительного организма, степени его зрелости, наличия повреждений, условий внешней среды и состояния покоя. Клубни картофеля в первые дни после уборки, недозревшие, мелкие, поврежденные или с нарушенным к весне покоем дышат интенсивнее. При повышении температуры интенсивность дыхания увеличивается. Наименьшая интенсивность дыхания корней сахарной свеклы находится при температуре 1…3°C, при температуре около 0°С интенсивность дыхания несколько увеличивается. С повышением температуры и влажности интенсивность дыхания возрастает.

 Зерно наиболее интенсивно дышит при температуре 55°С. Дальнейшее повышение температуры снижает интенсивность дыхания вследствие снижения активности ферментов. Очень влажное зерно (влажностью 30% и более) дышит весьма интенсивно, очень сухое (влажностью до 12%) – дышит слабо, интенсивность дыхания при понижении влажности стремится к нулю. Потери сухих веществ зерна в сутки составляют 0,05...0,2%.

 Влажность зерна,  при которой в нем появляется  свободная влага и резко повышается  интенсивность дыхания, называется  критической. Для зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса критическая влажность составляет 14,5...15,5%, для зерна кукурузы и проса – 12,5...14%, для семян подсолнечника – 7...8%, семян сои – 11...12%, семян льна, рыжика, рапса – 8%. На интенсивность дыхания зерна влияют также доступ воздуха, состояние зрелости, условия уборки и транспортировки урожая.