§ 9. Биологически активные вещества

Определения и обозначения

Биологически активные вещества — вещества, которые в малых количествах влияют на процессы жизнедеятельности организма. Они помогают регулировать работу клеток и согласовывать процессы в организме, поэтому их действие может быть заметным даже при небольшой концентрации. К этой группе относятся вещества с разными источниками и функциями. Общее для них — способность влиять на живые системы.

Витамины — необходимые организму органические вещества, обычно поступающие с пищей и регулирующие обмен веществ. Органические вещества содержат углерод и входят в состав живых систем. Витамины нужны для нормального протекания многих процессов, но сами по себе не служат главным источником энергии. Их регулярное поступление помогает поддерживать обмен веществ.

Гормоны — биологически активные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции и регулирующие работу органов и систем. Такие железы выделяют гормоны во внутреннюю среду организма, а не по специальным протокам наружу. Гормон служит сигналом для клеток, способных на него реагировать. Поэтому его действие помогает согласовывать работу разных частей тела.

Фитогормоны — вещества растений, которые регулируют рост, развитие и реакции на условия среды. Они участвуют в управлении процессами, например ростом побегов и изменениями, связанными с окружающими условиями. Фитогормоны выполняют регулирующую роль у растений, хотя растения не имеют такой же эндокринной системы, как животные. Это позволяет рассматривать их как особую группу растительных регуляторов.

Как это устроено

Малое количество биологически активного вещества может быть достаточным, потому что оно не обязательно становится строительным материалом или источником энергии. Оно взаимодействует с определёнными структурами клеток и изменяет ход регулирующих реакций. Так запускается цепочка процессов, способная повлиять на работу клетки или органа. Поэтому эффект зависит не только от количества вещества, но и от того, как клетки на него реагируют.

Организм получает витамины главным образом с пищей, хотя некоторые из них могут образовываться в самом организме или при участии живущих в нём микроорганизмов. Однако синтезируемого количества не всегда хватает, а часть витаминов организм не производит в нужном объёме. Такие витамины должны регулярно поступать извне. При нехватке необходимых веществ нарушаются реакции обмена, а чрезмерное поступление некоторых витаминов тоже может быть вредным, поэтому принцип «чем больше, тем лучше» неверен.

Эндокринные железы образуют гормоны и выделяют их во внутреннюю среду организма. Далее гормоны переносятся, в частности кровью, и достигают разных тканей. Но отвечают на сигнал не все клетки: действие проявляется прежде всего в органах-мишенях, клетки которых способны распознать конкретный гормон. Так гормональная регуляция связывает работу железы с изменениями в других органах.

Гормоны животных и фитогормоны выполняют сходную общую задачу: регулируют процессы жизнедеятельности. При этом у растений фитогормоны управляют ростом, развитием и ответами на условия среды, а не являются гормонами животных. Растительные регуляторы помогают согласовать развитие разных частей растения и его реакции на внешние воздействия. Поэтому их действие рассматривают отдельно, учитывая особенности растительного организма.

Биологически активные вещества применяют с учётом их назначения и дозы, потому что регулирующие процессы чувствительны к количеству вещества. Недостаток может ослабить нужную реакцию, а избыток — нарушить её или вызвать нежелательные изменения. Это относится и к приёму витаминных препаратов, и к использованию регуляторов роста растений. Оценивать действие следует по конкретному результату, а не по предположению, что большая доза обязательно эффективнее.

Основные группы биологически активных веществ

Сравнивайте группы сразу по двум признакам: откуда вещество поступает и на какие процессы влияет. Это помогает не путать витамины с гормонами, хотя и те и другие участвуют в регуляции. Примеры в таблице показывают типичных представителей, а не исчерпывают все вещества группы.

Разбор задач

Задача 1. Установите, к какой группе биологически активных веществ относится витамин, поступающий в организм с пищей. Нужно использовать признак источника вещества, а не просто учитывать, что оно влияет на организм. Сравним его с гормонами и фитогормонами. Затем сформулируем ответ.

1. В условии прямо сказано, что вещество является витамином и поступает с пищей.
2. Витамины обычно получают с пищей, тогда как гормоны образуются в организме, а фитогормоны — в растениях.
3. Следовательно, источник и название вещества соответствуют группе витаминов.

Ответ: это витамин, то есть вещество из группы витаминов. Важен не только факт регулирующего действия, но и характерный источник вещества. Гормоны не следует относить к витаминам лишь потому, что обе группы влияют на жизненные процессы.

Задача 2. Определите, почему нарушение работы железы внутренней секреции может изменить деятельность нескольких органов. Проследим путь сигнала от железы к тканям. Затем свяжем изменение количества гормона с реакцией органов-мишеней. Так станет понятно, почему последствие не обязательно ограничивается самой железой.

1. Эндокринная железа вырабатывает гормон и выделяет его во внутреннюю среду организма.
2. Гормон переносится, в частности кровью, и может достигать органов, удалённых от железы.
3. Если несколько органов имеют клетки, способные реагировать на этот гормон, изменение его выделения может повлиять на их работу.

Ответ: железа выделяет гормон, который переносится к органам-мишеням и регулирует их деятельность. Нарушение выработки гормона меняет силу или характер сигнала, поэтому могут измениться процессы сразу в нескольких органах. Эффект зависит от того, какие ткани воспринимают данный гормон.

Задача 3. Растение обработали веществом, ускоряющим рост побегов. Объясните, к какой группе веществ оно может относиться и как проверить его действие. Сначала определим, какой процесс изменился и у какого организма. Затем подберём сравнение, которое позволит связать результат именно с обработкой.

1. Ускорение роста побегов у растения указывает на действие регулятора растительного роста.
2. Такое вещество может быть фитогормоном или веществом, имитирующим его действие; по одному описанию нельзя установить точный состав.
3. Следует сравнить обработанные растения с контрольными, которые не получили вещество, сохранив для обеих групп одинаковые условия.
4. Заранее измеряют рост побегов за одинаковый промежуток времени и сопоставляют результаты нескольких растений в группах.

Ответ: вещество может относиться к фитогормонам или действовать подобно им. Если обработанная группа в одинаковых условиях растёт быстрее контрольной, это поддерживает вывод о влиянии обработки. Контроль нужен, чтобы не принять за эффект вещества различия в освещении, поливе или исходном состоянии растений.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что все биологически активные вещества поступают только с пищей. Так думают, потому что витамины обычно получают с продуктами, но гормоны и фитогормоны организм или растение образуют самостоятельно. Проверьте себя вопросом об источнике конкретного вещества. Если речь идёт о гормоне, учитывайте его образование в эндокринной железе.

Ошибка — смешивать витамины и гормоны, поскольку обе группы регулируют процессы. Различие в источниках и функциях легко упустить, если ориентироваться только на общее действие. Чтобы проверить себя, спросите, поступает ли вещество обычно с пищей или вырабатывается железой внутренней секреции. В первом случае речь, как правило, о витамине, во втором — о гормоне.

Ошибка — ожидать, что увеличение количества вещества всегда усиливает полезный эффект. Такое предположение кажется логичным, если помнить только о пользе необходимого вещества, но регуляция требует подходящей дозы. Недостаток и избыток могут нарушить процессы жизнедеятельности. Проверяйте вывод вопросом: известно ли, что именно эта доза безопасна и необходима?

Ошибка — считать фитогормоны гормонами животных. Путаница возникает из-за общего слова «гормон» и сходной регулирующей роли этих веществ. Но фитогормоны действуют у растений и связаны с их ростом, развитием и реакциями на среду. Проверьте себя по организму, в котором действует регулятор, и по процессам, которые он контролирует.

Связь с другими темами

Для понимания биологически активных веществ нужны знания об обмене веществ: витамины участвуют в его нормальном протекании, а регуляторы меняют ход жизненных процессов. Понятие гормона пригодится при изучении эндокринной системы и взаимодействия органов. Связь с темой питания помогает объяснить, почему некоторые вещества необходимо получать с пищей и почему важна мера. Фитогормоны связывают тему с ростом растений и их ролью в биосфере.

Что запомнить

• Биологически активные вещества влияют на жизненные процессы в малых количествах.
• Витамины обычно поступают в организм с пищей.
• Недостаток и избыток витаминов могут быть вредны.
• Гормоны вырабатываются железами внутренней секреции.
• Гормоны регулируют работу органов-мишеней.
• Фитогормоны регулируют рост и развитие растений.