1. Біологічно активні речовини: алкалоїди, токсини, антибіотики. Завдання

1. Опрацювати даний теоретичний матеріал.

2. Зробити короткий опорний конспект відповідно до плану:

План

1. Що таке алкалоїди і яка їх дія?

2. Які алкалоїди людина використовує.

3. Як поділяються токсини за типом дії на організм.

4. Які представники флори і фауни України є отруйними.

5. Що таке антибіотики, які механізми їх впливу?

6. Правила використання антибіотиків людиною.

7. Що таке фітонциди і яка їх дія?

8. Які дерева, що ростуть в нашій зоні мають фітонцидний ефект.

9. Що таке феромони, який вони мають?

Питання для закріплення нового матеріалу

1. Як класифікують алкалоїди.

2. Охарактеризуйте дію алкалоїдів.

3. Опишіть сфери використання людиною алкалоїдів.

4. Які організми виробляють токсини і з якою метою.

5. Як діють отрути на організм людини і в чому їх небезпека.

6. В чому суть дії антибіотиків.

7. Що таке дисбактеріоз і чому він виникає.

8. Чому фітонциди вважають факторами імунітету тварин.

Література

1. Тагліна О. В. Біологія 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень), Підруч. для загальноосвіт. навч. закл., - Х.: Веста, Вид-во «Ранок», 2010

2. Балан П.Г. Біологія, 10 кл., Підруч. для загальноосвіт. навч. закл. (рівень стандарту, академічний рівень), П.Г. Балан, Ю.Г. Верес, В.П. Поліщук – К.: Генеза, 2010.

3. Межерін С.В., Межеріна Я.О., Біологія, 10 кл., Підруч. для загальноосвіт. навч. закл. (рівень стандарту, академічний рівень) – К.: Освіта, 2010.

Біологічно активні речовини: алкалоїди, токсини, антибіотики.

Окрему групу біоло­гічно активних речовин складають продукти біологічного синтезу, які не мають у межах організму, в якому вони синтезовані, чіткого призначення. Їх біологічна дія проявляється тільки при взаємодіях з іншими живими істотами.

Алкалоїди (від лат. алкалі — луг і грец. еідос — ви­гляд) — особлива група нітрогеновмісних органічних речовин, які складно класифікувати, оскільки вчені виділяють кілька класифікаційних ознак: за будовою окремої складової молекули, за природним джерелом алкалоїду тощо. За своєю хімічною природою алкалоїди — здебільшого гетероциклічні сполуки. Речовини цієї групи не мають чіткого функціонального призначення, проте при по­траплянні до інших організмів виявляються біологічно дуже активними. У малих дозах алкалоїди, як правило, активізують нервову систему людини, у великих — її пригнічують. Зараз відомо понад тисячу алкалоїдів. Ба­гато алкалоїдів вже навчилися синтезувати в промисло­вих масштабах і вони використовуються як інсектици­ди. Більша частина цих речовин дуже токсична не тіль­ки для комах, але й для людей, тому їх використання може бути небезпечним. Найбільш різноманітні алка­лоїди вищих рослин, серед яких 25 % видів мають свій специфічний алкалоїд, є вони і в грибах, крім того, знай­дені у шкірі деяких видів тропічних безхвостих амфібій.

Алкалоїди мають лужні властивості, звідки й пішла їх назва. Їх молекули також можуть містити атоми Сульфуру, Хлору й Брому. Деякі алкалоїди рослин, у яких вони містяться (опіумний мак, кок), були відомі людині з античних часів. Вже тоді їх використовували як отруту для стріл. Мабуть найуживанішими людством алкалоїдами є нікотин і кофеїн. Перший виділений у чистому вигляді алкалоїд — морфін, а також кокаїн — це наркотичні речовини. Багато сильнодіючих алкалоїдів використовуються в медицині, серед них як препарат, що знеболює, й морфін. Хінін тривалий час був основним засобом боротьби з малярією і врятував мільйони життів. Його отримують із кори хінного дерева. Він і зараз застосовується в медицині, хоча вже існують і більш ефективні штучно синтезовані засоби. Найвідомішим алкалоїдом грибів є мускарин, що міститься в червоному мухоморі. Серед алкалоїдів є й дуже сильні отрути. Індіанці Південної Америки використовують отруту кураре, яку вони отримують із кори тропічної рослини Strychnos toxifera. Із близького виду Strychnos nux-vomica. отримують алкалоїд стрихнін, який у лабораторній практиці відносять до першої категорії отруйних речовин. Кураре, навіть у незначній кількості потрапивши в крихітну ранку, вражає нерви дихальних м'язів, що майже відразу приз­водить до задухи. Цікаво, що незважаючи на таку ак­тивність, кураре у шлунку перетравлюється й руйнується, а тому тварини, вбиті отруйними стрілами, використо­вуються індіанцями в їжу без жодного побоювання. Дотепер не отримано однозначної відповіді на запитання, навіщо ж алкалоїди потрібні рослинам або грибам, якщо їх біологічна активність жодним чином не проявляється в організмах, де вони синтезуються. Крім того, багато рослин, які втрачають здатність до синтезу певного алкалоїду, почувають себе не гірше, ніж ті, що його містять у значній кількості. Тому більшість вчених вва­жають, що алкалоїди — це непотрібні організму кінцеві продукти біосинтезу, у яких просто накопичуються відходи обміну речовин. На думку інших вчених, у такий спосіб рослини відлякують рослиноїдних тварин. Однак, як показує досвід екологів, були б рослини, а той, хто буде ними живитися, завжди знайдеться. Можна було б очікувати, що якби алкалоїди давали рослинам якісь переваги, то види з їх значним вмістом стали б найбільш масовими й широко розповсюдженими, але найімо­вірніше, все навпаки. Найчастіше рослини, що містять сильні алкалоїди, рідкісні й нечисленні, а широко по­ширеними стали тому, що людина ввела їх у культуру й розселила по земній кулі.

Токсини (від грец. токсікон — отрута) — отруйні ре­човини природного походження, різноманітної будови й способу дії. Викликають порушення функціонування організму і, зрештою, залежно від дози й характеру ура­ження, спричинюють смерть. Токсини виробляються майже всіма групами організмів: бактеріями, грибами, рослинами, тваринами (медузами, павуками, скорпіона­ми, комахами, рибами та ін.).

За типом дії на організм людини природні отрути поділяються на кілька груп: ушкоджують кров, знижують проникність судин (отрути деяких бактерій, рослин і ба­гатьох видів змій); ушкоджують внутрішні органи (отрута блідої поганки та ін.); викликають омертвіння тканин (от­рути змій); нервово-паралітичні (отрута кобри, риби фугу, а також токсини зі шкіри деяких видів тропічних жаб).

У фауні й флорі нашої країни с досить багато отруйних видів. Серед тварин це не тільки два види гадюк (степова й звичайна), але й скорпіон кримський, павук каракурт, комахи, що жалять (особливо шершні, на отруту яких може виникнути сильна алергічна реакція), метелики строкатий, у гемолімфі яких містяться сполуки синильної кислоти, земноводні (червоночеревна і жовточеревна кумки і ропуха зелена), у шкірі яких містяться набагато слабкіші, ніж в тропічних жаб, токсини. Серед представників царства Рослин до сильно отруйних відноситься цикута (болиголов) (за переказами, отрутою, виділеного з неї, отруїли Сократа), вовчі ягоди звичайні - кущ, що кра­сиво цвіте ранньою весною (занесений до Червоної книги України). Найбільш небезпечною отруйною істотою нашої країни по праву слід вважати представника царства Грибів — бліду поганку — мухомор з капелюшком білого або блідо-зеленого кольору, що містить поліпептидні токсини аманітини і фалоідини. Ці поліпептиди стійкі до термічної обробки і під час приготування грибів не розкладаються. За рік від цих токсинів, що діють на печінку, гинуть десятки грибників. Труднощі лікування полягають у тому, що спочатку ця отрута діє непомітно, а коли проявляються симптоми отруєння (блювота, кишкові кольки, м'язовий біль, пронос і сильна спрага), то внутрішні органи виявляються настільки зруйнованими, що не піддаються лікуванню.

Серед бактеріальних токсинів найбільш небезпеч­ним с ботулотоксин, що викликає ботулізм — смертель­но небезпечну хворобу, яка вражає нервову систему. Продукується він бактеріями (Clostridium botulinum), що живуть в анаеробних умовах: звичайно в ґрунті й на дні водойм. Може розвиватися в консервах, якщо вони виготовлені з погано промитих овочів і фруктів, у ковба­сах, копченостях, в'яленій прісноводній рибі. Ботуло­токсин не витримує тривалої термічної обробки.

Токсичність одних організмів (змій, павуків, скорпіонів, шершнів) має очевидний і зрозумілий зміст: за допомогою отрути вони добувають їжу й захищаються від ворогів. Тоді як причини отруйності інших - тих, у яких отрута просто накопичується в клітинах тіла, за­лишається й дотепер загадкою. Деякі вчені вважають, що це теж пристосування, особливо якщо у тварин є за­стережливе яскраве забарвлення, яке попереджає їхніх ворогів про отруйність. Однак більшість дослідників, як і у випадку з алкалоїда­ми, доводять, що це простий наслідок недосконалості обміну речовин, у результаті якого в клітинах накопи­чується «метаболічне сміття», яке не заподіює особливої шкоди даному виду організмів, а тому є для нього нейтральним. Але одна закономірність все ж таки є: отрутні тварини, гриби або рослини аж ніяк не є найчисленнішими й процвітаючими представниками своїх царств, а тому токсичність не дає їм у порівнянні з «їстівними» побратимами ніяких особливих переваг.

Антибіотики (від грец. анти — проти і біос — життя) — у вузькому розумінні — речовини різноманітної хімічної природи, які виробляються в мікроорганізмах (бактеріях і грибах) і здатні вбивати або пригнічувати ріст інших мікроорганізмів або зло­якісних пухлин багатоклітинного організму. На цей час описано тисячі природних антибіотиків, хоча в медицині використовується лише кілька десятків. Крім того, антибіотиками в широкому розумінні вважають усі ре­човини природного походження чи штучного синтезу, які мають антибактеріальні властивості.

Перший антибіотик пеніцилін було виділено з мікро­скопічного грибка Penicillium notatum у 1929 р. англійським мікробіологом О. Флемінгом (1881-1955). У промисловій кількості його почали вироб­ляти під час Другої світової війни. І незважаючи на те, що він був недостатньо сильним і, більш того, навіть токсич­ним, пеніцилін все-таки врятував мільйони життів. Дру­гий антибіотик — стрептоміцин, який виділили також з грибка —Streptomyces globisporus з'явився в 40-х роках XX ст., був сильнішим за дією, не таким ток­сичним і здатним вражати більшу кількість збудників, у тому числі страшної хвороби — туберкульозу. Широ­ковідомим є й інший антибіотик — тетрациклін, який по­рушує утворення комплексу між транспортною РНК і ри­босомою, що приводить до пригнічення синтезу білка. За його допомогою сьогодні лікують інфекції дихальних шляхів, зокрема пневмонію, сечостатевих органів, шкіри та м'яких тканин. Завдяки антибіотикам вдалося певною мірою перемогти багато хвороб, які до відкриття цих ре­човин вважалися такими, що не піддаються лікуванню. Зараз за допомогою антибіотиків, якщо лікування було розпочато на ранніх стадіях, можна перемогти майже всі бактеріальні хвороби.

Однак при невмілому використанні чи передозуванні антибіотиків можна завдати організму великої шкоди. Зокрема після неадекватного лікування антибіотиками, коли гинуть не тільки хвороботворні бактерії, але й бак­терії, які в нормі живуть у шкірі, слизових оболонках і кишечнику і є дуже корисними, їх місце займають інші мікроорганізми:, які не в змозі компенсувати втрату. Такі зміни в мікрофлорі кишечнику призводять до дисбактеріозу (від грец. дис — втрата і бактерії), за якого порушуються травлення й імунітет.

Мікрофлора людини складає близько 2,5 кг живої маси, причому в кишечнику знаходиться близько 1 кг бактерій-симбіонтів. Практично це є самостійний орган, який відіграє важливу роль у перетравленні вуглеводів, синтезі вітамінів, стійкості організму до дії патогенних мікроор­ганізмів. Вважається, що тільки в кишечнику людини живе від 300 до 1000 видів бактерій.

Дія антибіотиків полягає в тому, що вони порушують ключові процеси обміну речовин бактерій, внаслідок яких або втрачається цілісність мембрани чи клітинної оболонки, або пригнічується синтез білків і ДНК, або блокується робота дихальних ферментів. За своєю дією й хімічною будовою розрізняють кілька типів антибіотиків, які належать до окремих груп — рядів. Антибіотики, пеніцилінового ряду виділяють з колоній гриба — пеніцилюма. Дія цих антибіотиків пов'язана з блоку­ванням синтезу речовин, необхідних для побудови клітинної стінки, внаслідок чого бактерії гинуть. Однак виявилося, що бактерії здатні боротися з антибіотиками, у свою чергу виробляючи специфічні речовини, які бло­кують їх згубну дію. Тому на певному етапі антибіотики одного ряду, які втратили здатність боротися з бак­теріями, при лікуванні замінюють на представників іншого. Зокрема, у випадку з пеніциліном — представ­никами цефалоспоринового ряду. Ці антибіотики виділяють з колоній інших видів грибів.

Із властивостей бактерій адаптуватися до дії будь-яких антибіотиків випливають два важливих наслідки практичного характеру.

По-перше, антибіотики слід приймати в таких дозах і стільки днів, скільки призначено лікарем. Але якщо їх прийом було припинено завчасно або дози були заниже­ними, то частина хвороботворних бактерій залишиться живими і неушкодженими, а це значить, що не виклю­чений рецидив захворювання. Причому в цьому випадку є велика ймовірність того, що воно буде викликано бак­теріями, які вже адаптувалися до даного виду антибіотиків. Якщо ж, навпаки, їх приймання затягти, то, крім хвороботворних бактерій, можна знищити власну мікрофлору, а це обов'язково призведе до дисбактеріозу.

По-друге, не можна зловживати антибіотиками, оскільки рано чи пізно бактерії адаптуються, отже, все менше стає антибіотиків, здатних знищити бактерії і, навпаки, усе більше з'являється штамів мікроорганізмів, яким не страшні цілі групи й ряди антибіотиків. У ре­зультаті такої коеволюції (від лат. ко — разом і еволюція) бактерій і антибіотиків доводиться вдаватись до все більш сильних препаратів, які вже не щадять «ані своїх, ані чужих», завдаючи організму хворого величезної шкоди.

Щодо причин появи антибіотиків, то й тут існують дві протилежні думки. Одні вчені вважають, що ан­тибіотики, хоча і не мають особливого призначення в ор­ганізмі, однак необхідні бактеріям у боротьбі з «конкурентами». Невипадково, як вважається, більше за інших виробляють антибіотики мікроорганізми, що жи­вуть у ґрунті, вочевидь таким чином у середовищі, де бактерій найбільше, вони позбавляються одна одної. Інші вважають, що антибіотики — це просто відходи, похибки обміну речовин, яких у примітивних істот бак­терій дуже є багато.

Фітонциди (від грец. фітон і лат. цедо — убиваю) — це особливі леткі речовини найрізноманітнішої хімічної будови, які виділяються рослинами в дуже незначній концентрації і здатні пригнічувати й навіть убивати різноманітні мікроорга­нізми. Ці речовини є важливими факторами імунітету рослин. Іноді фітонциди називають антибіотиками в ши­рокому сенсі цього слова. Як і інші вторинні метаболіти (алкалоїди, токсини чи антибіотики), фітонциди не мають чіткого функціонального призначення в межах організму, в якому синтезуються, і, залежно від виду рослин, належать до різних класів органічних речовин. Типовими представниками фітонцидів є ефірні масла й інші сильно пахучі сполуки, що виділяються рослинами, особливо при їх травмуванні.

Виявляється, дерева нашої кліматичної зони мають сильний фітонцидний ефект: фітонциди сосни згубні для бактерій, що викликають туберкульоз, а також киш­кової палички , берези — для золотистого стафілококу, який є збудником великої кількості дуже небезпечних захворювань людини. Тому, гуляючи у лісі, ви не тільки отримуєте естетичне задоволення, а ще й здійснюєте медичну процедуру.

Феромони (від грец. феро — нести) — леткі речовини тварин різноманітної хімічної природи, які у надмалій кількості продукуються, як правило, спеціальними залозами. Феромони завжди видоспецифічні. З їх допо­могою одні особини подають сигнали іншим і спонукають до того або іншого способу поведінки. Статеві феромони комах приваблюють особин протилежної статі, готових до спарювання, на відстані кількох кілометрів. Незва­жаючи на розвиток сучасної біології, на сьогодні навіть важко уявити, яким чином комахам вдається знайти одна одну за такої незначної концентрації цих речовин і на таких величезних відстанях, що їх розділяють. Феромонами тварини мітять свою територію, а бджолина матка визначає, якій особині бути робочою, а якій стати маткою. Вважається, що й у людей є свої феромони, хоча це питання ще мало вивчене.

Розділ ІІ Клітинний рівень організації життя

Тема: Структура клітини і її компонентів

Мета: розглянути основні методи цитологічних досліджень та особливості їх використання для дослідження різних типів клітин.

План