ВИТАМИНЫ - БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Цели урока. Дать общее представление о витаминах, познакомить учащихся с их классификацией, представителями и значением. На основе межпредметных связей с биологией раскрыть важнейшую роль витаминов для здоровья человека, дать понятие об авитаминозах и гиповитаминозах на примере важнейших представителей водо- и жирорастворимых витаминов.

Оборудование: коллекция витаминных препаратов, аскорбиновая кислота (порошок), рыбий жир, хлороформ, серная кислота (конц.), лакмусовая бумажка, шпатели, стаканчики, часовые стекла, пипетки. Иллюстрации фотографий больных с разными формами авитаминозов, плакаты с формулами отдельных представителей витаминов.

Так как этот материал учащимся знаком из курса биологии, то очевидно, что первая часть занятия - лекция, будет носить синтетический характер, так как учитель регулярно будет варьировать ее с беседой, с обращением к знаниям, полученным учащимися на уроках биологии, к их жизненному опыту. Понятно, что удельный вес такого обращения будет определяться психолого-педагогическими особенностями каждого конкретного класса. Поэтому мы остановимся на материале, который может быть включен в лекцию.

I. Историческая справка

Начало изучения витаминов было положено русским врачом Н. И. Луниным, который еще в 1888 г. установил, что для нормального роста и развития животного организма кроме белков, жиров, углеводов, воды и минеральных веществ необходимы еще какие-то, пока неизвестные науке вещества, отсутствие которых приводит организм к гибели.

В 1912 г. польский врач и биохимик К. Функ выделил из рисовых отрубей вещество, излечивающее паралич голубей, питавшихся только полированным рисом (бери-бери - так называли это заболевание люди стран Юго-Восточной Азии, где население питается преимущественно одним рисом). Химический анализ выделенного К. Функом вещества показал, что в его состав входит азот. Открытое им вещество Функ назвал витамином (от слов «вита» — «жизнь» и «амин» - «содержащий азот»). Правда, потом оказалось, что не все витамины содержат азот, но старое название этих веществ осталось.

В наши дни принято обозначать витамины их химическими названиями: ретинол, тиамин, аскорбиновая кислота, никотина- мид, — соответственно витамины А₁, В₁, С, PP. Привычные нам буквенные обозначения - это дань традиции.

II. Виды витаминной недостаточности

Полное отсутствие в организме какого-либо витамина служит причиной авитаминоза - тяжелого заболевания организма. Ребята сами назовут примеры таких авитаминозов, как цинга, рахит, куриная слепота, пеллагра, бери-бери.

Чаще встречаются случаи частичной недостаточности витамина — гиповитаминозы, которые проявляются легким недомоганием, быстрой утомляемостью, понижением работоспособности, повышенной раздражимостью, снижением сопротивляемости организма к инфекциям.

Снабжение организма витаминами приобретает особое значение в конце зимы и весной, когда организм истощает свои ресурсы витаминов и значительно снижена «витаминная кладовая» продуктов питания.

Причинами гиповитаминозов могут быть:

— однообразное и, как правило, неполноценное питание;

— ограниченное питание в период религиозных постов;

— повышенная потребность в витаминах в период беременности и кормления, роста организма и т. д.;

— различные заболевания, разрушающие всасывание или усвоение витаминов и др.

Будет верно, если учитель подчеркнет, что вредны обе крайности: как недостаток, так и избыток витаминов. Так, при избыточном потреблении витаминов развивается отравление (интоксикация) организма, получившее название гипервитаминозов. Оно очень часто наблюдается у ребят, которые занимаются столь модным сейчас культуризмом - бодибилдингом и нередко неумеренно потребляют пищевые добавки и витамины.

Понятно, что более токсичным действием обладают избыточные дозы жирорастворимых витаминов в силу того, что они способны накапливаться в организме, и менее токсичны избыточные дозы водорастворимых витаминов в силу того, что они легче удаляются организмом через почки.

III. Классификация витаминов

Учитель указывает, что важнейший признак классификации был уже назван - это способность витаминов растворяться в воде или жирах. По этому признаку различают два класса витаминов: 1. Водорастворимые витамины: к ним относятся витамины С, РР, группы В и др. 2. Жирорастворимые витамины: к ним относятся витамины групп А, Д, Е и К.

IV. Водорастворимые витамины

Основным источником этого класса витаминов служат овощи и фрукты. Вместе с витаминами, подчеркивает учитель, они содержат также и фитонциды, обладающие антисептическим и дезинфицирующим действием (лук, чеснок, антоновские яблоки и др.) и эфирные масла (цитрусовые, пряности, зелень и др.), способствующие санации пищеварительной системы.

Этот класс витаминов мы предлагаем рассмотреть на примере витамина С. Здесь учитель может предложить учащимся решить проблему: проанализировать представленную на плакате формулу аскорбиновой кислоты (первая формула):

Предлагается выполнить лабораторный опыт: растворить немного порошка витамина С (на кончике ножа) в стакане с 5 мл воды и испытать раствор лакмусовой бумажкой. Что можно сказать о растворимости и кислотных свойствах вещества?

Почему вещество называется кислотой, хотя в ее молекуле отсутствует карбоксильная группа?

Если учащиеся затрудняются с ответом, учитель напоминает, что и в молекуле фенола нет карбоксильной группы, но тем не менее он проявляет кислотные свойства из-за большой подвижности атома водорода в гидроксиле и даже называется карболовой кислотой. Аналогично и в молекуле витамина С значительная подвижность водородных атомов у С₃ и С₄ -ОН групп придает ей кислотные свойства. Изучение химической структуры витамина С позволило наладить его синтез из глюкозы.

Аскорбиновая кислота является сильным восстановителем и легко превращается в свою дегидроформу.

Витамин С способствует увеличению сопротивляемости организма к простудным заболеваниям, к различным видам стрессов.

Потребность в этом витамине у мужчин составляет в день от 70 до 95 мг, для женщин — 60-80 мг, для подростков — 60-70 мг. Эта норма возрастает при увеличении физической и нервно-психической нагрузки.

Особенностью витамина С является его быстрая окисляемость: весь витамин в организме может окислиться за 14-16 дней, что доказывает жизненную необходимость его потребления.

Учитель может также подчеркнуть, что длительная термическая обработка овощей и фруктов (варка) или хранение их в воде, варка в открытой посуде или в присутствии следов железа и меди, которые активизируют окисление витамина С, приводит к его разрушению.

Наиболее богаты витамином С такие продукты, как шиповник, зеленый и красный болгарские перцы, черная смородина, цитрусовые, овощи, хвоя и т. д.

Авитаминозом этого витамина является цинга, которая проявляется точечными кровоизлияниями на теле, на внутренних органах, кровоточивостью десен, выпадением зубов, одышкой, болями в области сердца и др.

V. Жирорастворимые витамины

Учитель просит ребят попытаться назвать отличительные особенности этого класса витаминов, исходя из информации, которую они получили выше. Учащиеся без особого труда называют такие особенности:

— жирорастворимые витамины, что следует из их названия, растворяются в жирах и поэтому усваиваются организмом только в присутствии жиров и желчи;

— способны накапливаться в организме при поступлении в больших количествах, что, в свою очередь, может привести к развитию гипервитаминозов.

Учитель называет и еще одну такую особенность, как

— наличие нескольких аналогов с близкой структурой и идентичным биологическим действием. Так, у витаминов А и К обнаружено по два аналога, у Е - четыре, а у витамина Д - десять.

Учитель подчеркивает, что так как эти витамины не растворимы в воде и экстрагируются органическими растворителями, их относят к липидам. Жирорастворимые витамины имеют одну общую структурную особенность - их молекулы построены из изопреновых фрагментов - изопреноидных блоков, подобно терпенам и стероидам.

Этот класс витаминов мы предлагаем рассмотреть на примере витамина А. Витамин А - ретинол по своей химической структуре является непредельным циклическим одноатомным спиртом, который легко окисляется в альдегид (ретиналь)

Как было сказано, витамин А существует в виде двух аналогов: А₁ (ретинол-1) и А₂ (ретинол-2). Оба аналога представляют собой спирты, содержащие шестичленный цикл и боковые изопреновые цепи. Недостаток в пище витамина А ведет к нарушению зрения (сумеречное или «куриная слепота»), поражению дыхательных путей (склонность к бронхитам, пневмониям), поражению покровов (сухость кожи, фурункулезы). Участие ретинола в процессе зрения заключается в том, что содержащиеся в сетчатке глаза комплексное соединение — родопсин или зрительный пурпур распадается на составные части: белок (опсин) и альдегид (ретиналь), который восстанавливается в ретинол:

Суточная потребность в витамине А составляет 1,5-2,0 мг.

Он содержится только в продуктах животного происхождения: печени животных и рыб, сливочном масле, сыре, яичном желтке, рыбьем жире.

Растения лишены витамина А, однако они содержат провитамин (предшественник) этого витамина, β-каротины, содержащиеся в моркови, красном перце, зеленых растениях, плодах шиповника и облепихи, абрикосах, представляют собой удвоенную молекулу витамина А. При ее окислительном распаде в животных тканях образуются две молекулы витамина А.

Гипервитаминоз возникает при избыточном потреблении продуктов, богатых витамином А, и накоплении его в печени. У детей гипервитаминоз возникает при передозировке синтетическими препаратами. Признаками его являются похудание, тошнота, рвота, частые переломы костей, кровоизлияния. Поэтому необходим строгий контроль за потреблением этого витамина. Учитель предлагает проделать лабораторный опыт по обнаружению витамина А микрометодом.

На сухое часовое стекло помещают с помощью пипетки одну каплю рыбьего жира, приливают 5 капель хлороформа и 1 каплю концентрированной серной кислоты. Смешивают. Появляется фиолетово-красное окрашивание, которое быстро переходит в бурое.

VI. Сохранность витаминов в плодоовощной продукции

Эта часть урока решает проблему, с которой сталкивается каждый, кто имеет приусадебный участок или дачу. Существует мнение, что зимние запасы выращенных на участке или даче лука, чеснока, свежей капусты, картофеля и т. п. теряют запасы содержащихся в них витаминов чуть ли не через 2-3 недели. Так ли это? Оказывается, нет, о чем говорит таблица, составленная по данным специалистов Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур России.

Культура	Основные витамины	Время уборки и закладки на хранение	Оптимальные t и влажность хранения	Предельный срок хранения	Изменения витаминного состава к сроку хранения
Картофель средне- и позднеспелые сорта	С, группы В, РР, К	Конец августа—сентябрь (закладка на хранение через 2-3 недели после уборки)	От +2 до +4 °С, 85-95%	Май	Снижение содержания С на 11-13%
Капуста белокочанная(поздние сорта)	С, группы В, РР, каротин (провитамин А)	1-я половина октября	От -1 до +2 °С 90-95%	Май-июль (в зависимости от сорта)	Снижение содержания всех витаминов на 5-6%
Лук репчатый	С, B1,B2, РР, Е, каротин	Конец июля— начало августа	От +18 до +22 °С, 60-70%	Май	Снижение содержания всех витаминов на 6-7%
Лук-порей	С, В1, В2, каротин	Вторая половина октября	От -1 до +1 °С, 85%	Февраль-март	Увеличение содержания С на 9-11%, снижение содержания остальных на 7-8%
Чеснок	С, Е, РР, каротин	Озимый — конец июля, яровой — середина августа	От+18 до +22 °С, 60-70%	Озимый — декабрь- январь, яровой — до середины августа следующего года	Снижение содержания всех витаминов на 10-11%
Морковь	С, группы В, Е, К, Р, каротин	Середина сентября	От +1 до +2 °С, 95%	Март-апрель	Снижение содержания всех витаминов на 10%
Свекла	С, В1, В2, Р, РР, U, каротин	Сентябрь	От +1 до +2 °С, 85-90%	Март-апрель	Снижение содержания всех витаминов крайне незначительно (десятые доли процента)
Тыква	С, группы В, Е, РР	До первых заморозков	От +3 до +10 °С, 70-75%	Май (некоторые сорта до 2-3 лет)	Снижение содержания всех витаминов крайне незначительно (десятые доли процента)
Яблоки	С, В1, В2, Р, РР, каротин	Конец сентября — начало октября	От +1 до +5 °С, 80-90%	Апрель-май	Снижение содержания витаминов на 15-17%

Следующую практическую работу в профильных классах можно провести на отдельном занятии, равно как и те работы, которые приведены в учебнике.

В общеобразовательных классах ее можно задать на дом.

Практическая работа «Определение витамина С в апельсиновом соке».

Инструкцию, размноженную на ксероксе, учитель может выдать ребятам заранее.

«Аптечную настойку йода разбавить водой в 40 раз. 20 мл сока разбавить водой до 100 мл и прилить к нему немного крахмального раствора, приготовленного из расчета 1 г крахмала на 200 г воды. После этого к смеси растворов приливать по каплям с помощью пипетки раствор йода. Как только йод полностью окислит всю аскорбиновую кислоту, следующая его капля окрасит раствор в синий цвет. Это означает, что титрование закончено. Чтобы узнать, сколько йода пошло на титрование, заранее нужно определить объем одной капли. Перевести число капель в миллилитры и умножить на 0,88. Для того чтобы узнать объем одной капли, нужно с помощью пипетки проверить, сколько капель содержится в известном объеме раствора йода, например, в 2 мл его».