VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Роль витамина Е как антиоксиданта
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Современная жизнь с её бешеным темпом, постоянными стрессами, социальными проблемами, экологическими катастрофами, а именно ультрафиолетовое излучение солнца, задымлённые улицы городов выхлопными газами автомобилей, табачный дым, радиация, химические соединения, попадающие в наш организм с пищей и многими другими факторами, которые ''отравляют'' нашу жизнь, делает актуальным понятие ''качество жизни''.
Конечно, это понятие включает в себя здоровье человека и полноценное питание. Употребление в пищу ''правильных'' продуктов может значительно варьировать продолжительность жизни человека и общее состояние организма: самочувствие, настроение и многое другое.
''Правильными'' продуктами являются те, которые богаты антиоксидантами. Многие из нас, безусловно, хоть раз слышали это слово ''антиоксиданты'', но немногие смогут ответить что это. И тем не менее в наши дни редкая реклама обходится без слова «антиоксиданты». «Пищевые продукты, содержащие антиоксиданты», «косметика с антиоксидантами», «антиоксиданты, продлевающие молодость»… А ведь ещё каких-то 30 лет назад об антиоксидантах знали лишь узкие специалисты. И использовали их для замедления окислительных процессов, причём в… резине!
Так что же это за вещества такие чудесные? На первый взгляд всё просто: «анти» - значит «против», «оксидант» - «окисление», получается – «противоокислитель». Это, в принципе, верно. Только не очень понятно – как вещества, снижающие процессы окисления в резине, помогают продлить молодость (и продлевают ли они её вообще или это очередной рекламный трюк?).
Поэтому цель моей работы следующая:
изучение понятия ''антиоксиданты'', исследование механизма действия антиоксидантов на наш организм и определение наличия антиоксиданта — витамина E в отдельных продуктах питания — растительных маслах в условиях школьной лаборатории.
Для достижения этой цели мне необходимо было решить поставленные задачи:
Выяснить значение витамина Е как антиоксиданта, уничтожающего перекисные соединения в организме.
Ознакомиться с биохимическими свойствами витамина Е.
С помощью качественных реакций определить, какое растительное масло содержит наибольшее количество витамина Е.
Рассмотреть значение витамина Е для организма.
Гипотеза: если выяснить, в каких растительных маслах содержится наибольшее количество витамина Е, то эти масла можно употреблять для профилактики заболеваний. Необходимо провести качественный анализ растительных масел на содержание витамина Е и сравнить его с маслами животного происхождения. Без этого невозможно сделать правильные выводы и установить истину.
Методы:
1. Анализ научно-популярной литературы и других источников информации.
2. Экспериментальный метод - проведение качественных реакций на витамин Е.
Антиоксиданты. Зачем они нужны?
Что такое антиоксиданты?
Антиоксиданты — это соединения, защищающие клетки, а точнее мембраны клеток от вредных эффектов или реакций, которые могут вызвать избыточное окисление в организме. Важнейшим и единственным окислителем на нашей планете является кислород, а поэтому практически всегда процессы разрушения идут с его участием путем окисления. Ржавеет железо — это окисление, гниют осенью опавшие листья — это окисление.
Мы болеем, постепенно стареем и это, очень приблизительно, конечно, можно назвать процессом окисления.
Антиоксиданты — это специфическая группа химических веществ различного химического строения с отрицательно заряженным электроном, обладающих одним общим свойством — способностью связывать свободные радикалы (активные формы кислорода) и замедлять окислительно-восстановительные процессы. Исследования показали, что антиоксиданты помогают организму снижать уровень повреждения тканей, ускорять процесс выздоровления и противостоять инфекциям.
Антиоксиданты - это вещества, в большинстве своём витамины, которые очищают организм от повреждающих молекул, называемых свободными радикалами. Свободные радикалы, то есть продукты неполного восстановления кислорода постоянно образуются в организме человека в результате многочисленных окислительно-восстановительных процессов, направленных на поддержание нормального функционирования всех органов и систем [1,2].
Избыток свободных радикалов ведёт к перекисному окислению липидов (основы клеточных мембран), что нарушает их функции. Как результат – преждевременное старение организма, частые болезни и даже образование злокачественных опухолей.
В естественных условиях количество свободных радикалов мало, и их действие на клетки организма полностью подавляется поступлением извне антиоксидантов, при потреблении человеком пищи, содержащей эти вещества.
Антиоксидантная защита работает у нас с рождения, но с возрастом она ослабевает. Разрушается она во время стрессов, из-за неправильного питания, курения, плохой экологии. Когда антиоксидантная защита наша ослабевает, наш организм также ослабевает, т. к. снижается иммунитет.
С возрастом антиоксидантную защиту организма нужно поддерживать, вводя в рацион антиоксиданты, извне. В первую очередь — витамины C, E, селен, каротины.
Природа предусмотрела систему антиоксидантной защиты нашего организма, которая делится на первичную (антиоксиданты - ферменты) и вторичную (антиоксиданты — витамины). Витамины называют ''тушителями'', т. к. они ''тушат'' свободные радикалы, забирая избыток энергии, и тормозят развитие цепной реакции образования новых радикалов. Антиоксиданты способны предотвратить развитие заболеваний, оздоравливать организм и выводить токсины [5].
Как работают антиоксиданты и что такое свободные радикалы?
Влияние антиоксидантов на наш организм очень многогранно и интересно. В организме человека действует физико-химическая регуляторная система. Она поддерживает нужный уровень свободно-радикальных реакций,
регулирует обмен мембранных липидов, а также скорость расходования антиоксидантов. Действует эта система так: если уровень антиоксидантов по каким-то причинам повышается, то процессы окисления в клеточных мембранах замедляются. В итоге мембраны обогащаются ненасыщенными липидами, которые окисляются легче, чем насыщенные.
Увеличение окисляемости ведет, в свою очередь, к более быстрому расходованию антиоксидантов - в результате все параметры возвращаются к норме.
Если концентрация антиоксидантов падает, процесс, соответственно, идет в обратном направлении, выводя клетку на оптимальную скорость окисления.
Применяя антиоксиданты, можно предостеречь себя от многих болезней и воздействия на организм свободных радикалов.
Свободные радикалы – это аномальные молекулы, имеющие непарный электрон, который делает их крайне нестабильными. В этом состоянии свободные радикалы ловят уязвимые протеины, ферменты, липиды и даже целые клетки. Отнимая электрон у молекулы, они инактивируют клетки, тем самым, нарушая хрупкий химический баланс организма. Когда процесс происходит снова и снова, начинается цепная реакция свободных радикалов, при этом разрушаются клеточные мембраны, подрываются важные биологические процессы, создаются клетки-мутанты. Свободные радикалы способны обратимо или необратимо разрушить вещества всех биохимических классов, включая и свободные аминокислоты, липиды, углеводы и молекулы соединительных тканей.
Основными “фабриками” свободных радикалов служат маленькие продолговатые тельца внутри живой клетки — митохондрии, самые главные её энергетические станции. Возникнув в них, радикалы повреждают оболочки митохондрий, а также другие внутренние структуры клетки, и это усиливает их утечку. Со временем активных форм кислорода становится там все больше и больше, в результате чего они полностью разрушают клетку и распространяются по всему организму.
Как "молекулярные террористы" они хаотично "рыщут" по всем живым клеткам и, внедряясь туда, повергают вокруг себя всё в хаос [8,9].
Последнее десятилетие дало множество свидетельств, доказывающих, что свободные радикалы играют определенную роль в развитии многих заболеваний. Если свободные радикалы окисляют липиды, происходит образование опасной формы липидного пероксида. Многие ученые связывают образование липидных пероксидов с раком, болезнями сердца, ускоренным старением и иммунным дефицитом.
Л. Эрнсте (Швеция) считает, что свободные радикалы играют важную роль в усилении разрушения тканей при язвах, вызванных стрессом, артрите, воспалительном процессе в желудочно-кишечном тракте, сердечно-сосудистом кризе. Кроме радиации образованию свободных радикалов способствует неправильное питание. Предотвратить образование свободных радикалов путем объединения свободных электронов в пары может добавление в питание антиоксидантов.
Антиоксиданты действуют как ловушки для свободных радикалов. Отдавая электрон свободному радикалу, антиоксиданты останавливают цепную реакцию, восстанавливая разрушенные соединения. Когда антиоксидант отдает свой электрон окислителю и прерывает его разрушительное шествие, он сам окисляется и становится неактивным. Для того чтобы вернуть его рабочее состояние, его надо снова восстановить [3,4].
Поэтому антиоксиданты, как опытные оперативники, обычно работают парами или группами, в которых они могут поддержать окисленного товарища и быстро восстановить его. Например, витамин С восстанавливает витамин Е, а глютатион восстанавливает витамин С. Правильная регуляция этого баланса помогает организму расти, вырабатывать энергию.
За последние несколько лет было показано, что антиоксиданты крайне полезны для организма – они предотвращают развитие сердечно-сосудистых заболеваний, защищают от рака и преждевременного старения, также повышают иммунитет и многое другое.
В результате исследований доказано, что они могут увеличить продолжительность жизни человека. Многие из причин формирования антиоксидантов неустранимы. Даже самый здоровый человек время от времени заболевает гриппом или простудой. Практически невозможно ручаться, что все продукты не содержат пестицидов.
С 1925 года ученые связывают низкое потребление антиоксидантов с раком легких, желудка, груди, мочевого пузыря и шейки матки.
Множество болезненных состояний (хронические заболевания, стресс, действие радиации, процесс старения и др.) протекают в организме с образованием свободных радикалов (продуктов неполного восстановления кислорода). Их избыток ведет к окислению липидов – основы клеточных мембран – и, в результате, к нарушению функций мембран клеток нашего организма, к нарушению здоровья и преждевременному старению. Также ещё свободные радикалы могут образовываться во многих продуктах нашего питания, например, таких, как: кондитерские изделия длительных сроков хранения, мясные продукты и продукты растительного происхождения. Особенно это касается жиров, содержащих ненасыщенные жирные кислоты, которые очень легко окисляются. В жареных продуктах, как и в продуктах с длительным сроком хранения жиры также быстро окисляются, и поэтому такая еда тоже содержит очень много свободных радикалов. Употребление таких продуктов как: чипсы, хрустящий картофель (жареный в большом количестве масла низкого качества), тесто для пиццы, жирные соусы - слишком пагубная и опасная для здоровья привычка.
Витамин E или токоферол
История открытия витамина Е и его биологическая ценность
Витамин Е можно назвать одним из величайших чудес природы, и его структура действительно поражает воображение. Дело в том, что в природе нет двух одинаковых молекул этого витамина, как нет двух одинаковых снежинок. Молекулы витамина Е – токоферола, состоят всего из трёх элементов: кислорода, водорода и углерода, но ни одна молекула не повторяет другую. Эмпирическая формула токоферола- C29H50O2 Как природе удалось создать такое чудо, нам вряд ли удастся понять, но без витамина Е жизнь на Земле просто не могла бы развиваться – она бы заглохла, так как угасла бы репродуктивная функция живых существ.
Эксперимент с крысами, проводимый в 1922 году, показал, что крысы, выращенные исключительно на цельном молоко были нормально развитыми, но стерильными, то есть не могли размножаться. Научные сотрудники Университета Калифорнии Герберт Эванс и Катрин Бишоп доказали, что отсутствующий фактор содержится в зеленых листьях и зародышах пшеницы. Так был обнаружен жирорастворимый витамин Е.
Первое исследование витамина Е было проведено на крысах братьями Шют в начале 19 века. Действие одной фракции витамина Е (альфа-токоферола) для успешной беременности и производства потомства оказалось более мощным. По этой причине витамин Е был назван витамином "токоферол", от греческого слова, означающего "рожать".
Из названия витамина можно подумать, что это одно вещество, на самом деле витамин Е представляет собой семейство жирорастворимых витаминов, которые отличаются биологической активностью и исполняемыми в организме функциями.
Одни члены семейства витамина Е называются токоферолы: альфа-токоферол, бета-токоферол, гамма-токоферол, и дельта токоферол. Другие структурные изомеры называют токотриенолы. Они также бывают альфа-, бета-, гамма-, дельта-токотриенолами.
Витамин Е, используемый в качестве пищевой добавки маркируется на упаковке как E 306 (смесь токоферолов), E 307 (альфа-токоферол), E308 (бета-токоферол) и E 309 (гамма-токоферол). Токотриенолы - снижают холестерин, предотвращают образование тромбов в артериях, т.к. формируют "хорошие" гормоны, что предотвращает скопление кровяных пластинок и расширяет кровяные сосуды, разрушают атеросклеротические бляшки, подавляют рост раковых клеток. Витамин Е- (токоферол) замедляет окисление липидов (жиров) и подавляет рост свободных радикалов, разрушающих клетки, он необходим всем тканям организма.
Витамин Е защищает клетки крови эритроциты, улучшая транспорт кислорода к тканям. Благодаря воздействию на свертываемость крови, препятствует образованию тромбов в сосудах, используется для профилактики атеросклероза сосудов (витамин Е может затормозить развитие атеросклероза, но не излечить от него). Обладает он также антиканцерогенным действием, укрепляет иммунитет. При дефиците витамина Е происходит нарушение обмена жиров. Старческие пятна на руках, например, являются признаками разрушения жирных кислот. Витамин Е (токоферол ацетат) противостоит разрушению клетки радикалами, не дает образоваться тромбам, борется с канцерогенами, обеспечивает хорошую работу мускулатуры [7,8].
Огромное значение витамина для половой системы, его часто называют витамином размножения. При дефиците витамина Е у мужчин снижается выработка сперматозоидов, у женщин могут быть нарушения менструального цикла, уменьшается половое влечение.
Витамин Е обладает слабым эстрогеноподобным действием, поэтому может частично компенсировать побочные эффекты дефицита эстрогенов(женских половых гормонов). Научные исследования в Калифорнийском университете США показали, что антиоксиданты в виде токотриенолов в 40-60 раз сильнее антиоксидантов - токоферолов.
Также известны ''косметологические'' свойства витамина Е, он улучшает питание кожи, слизистых оболочек, улучшает состояние волос и ногтей, способствует ''омолаживанию'' организма из-за этих свойств витамин Е используется в составе различных косметических средств — кремов, лосьонов, шампуней, помад. При дефиците витамина Е наступает слабость, апатия. Отрицательно сказывается дефицит витамина и на внешности, одним из частых признаков является появление ''старческих'' пигментных пятен, кожа теряет свою эластичность. Особое внимание необходимо уделить токоферолам, токотриенолам- витамин Е, благодаря способности защищать здоровье и функции нервной системы, оказывает лечебное влияние на всех, кто подвержен неврологическим расстройствам.
Роль витамина E как антиоксиданта
Витамин E, химическое название которого — токоферол, является сильным антиоксидантом, предотвращает деградацию полиненасыщенных жиров. Имеющий жирорастворимую основу он играет главную роль в защите основных структурных компонентов биомембран — фосфолипидов и погруженных в липидный слой белков, а также защищает энергетические станции клеток от повреждения.
Хотя люди должны дышать кислородом, чтобы остаться в живых, кислород является опасным веществом внутри организма, потому, что он может сделать молекулы чрезмерно реактивными. Когда кислородсодержащие молекулы становятся очень реактивные, они могут начать повреждения клеточных структур вокруг себя. В химии эта несбалансированная ситуация с участием кислорода называется окислительным стрессом.
В силу своих антиоксидантных возможностей токоферол включается в клеточную мембрану для удаления свободных радикалов, которые способны ослабить самую основную защитную линию клетки. В иммунных клетках токоферол также усиливает и защищает их мембраны, что дает возможность здоровым клеткам использовать свой потенциал для борьбы с вирусами и бактериями.
Концентрация кислорода руководит витамином E, а также каротинами в их антиокислительной работе. Витамин Е замедляет окисление липидов (жиров) и подавляет рост свободных радикалов, разрушающих клетки, улучшает их питание. Так как витамин Е- главный прерыватель реакций окисления липидов, расходуется и видоизменяется в этих реакциях, то рядом с ним обязательно должен находиться витамин C, поскольку он его восстанавливает и вводит в строй.[10] Можно сказать, что между свободными радикалами и клетками нашего организма идёт постоянная война: например, свободные радикалы любят нападать на эритроциты, несущие клеткам различных органов кислород. Повреждённые эритроциты меняют структуру, и наши клетки не получают достаточно кислорода. Молекулы витамина Е окружают красные кровяные тельца со всех сторон, защищая их от нападения и помогая действовать активнее. Если витамина Е не хватает, эритроциты быстро теряют активность, однако состав крови меняется почти каждый час. Поэтому, если вы знаете, что у вас в организме не всё в порядке, съешьте какой-либо продукт, богатый токоферолом. Простой пример: если после шумной вечеринки с большим количеством алкоголя и сигарет человек чувствует себя разбитым, это означает, что в организме погибли миллиарды кровяных клеток-эритроцитов. В таком случае можно выпить столовую ложку оливкового или льняного масла и нашим клеткам сразу станет легче. По результатам научных исследований, важнейшая функция токоферола - защитить нас от атеросклероза, от сердечных заболеваний, а также образования катаракты и от быстрого старения всех наших тканей.
Абсолютно все растительные масла содержат витамин Е. Я решила провести качественную реакцию на присутствия этого витамина в некоторых видах растительных масел, а также доказать, что масла животного происхождения его не содержат.
Экспериментальное определение витамина Е в различных видах и сортах растительных масел.
Цель: определить содержание витамина Е в растительных маслах.
Оборудование: химические стаканы, пипетки, спиртовка, пробирки.
Реактивы: 1-% раствор FeCl3, дистиллированная вода.
Объекты исследования: различные виды растительных масел: подсолнечное рафинированное масло «Аведов», «Слобода, подсолнечное масло нерафинированное «Дары Кубани», оливковое масло «Maestro de Oliva», масло виноградных косточек, сливочное масло.
Методы исследования: проведение качественных реакций
Определение витамина Е в оливковом масле- «Maestro de Oliva» , подсолнечном рафинированном масле - «Аведов» и «Слобода».
Качественная реакция токоферола с хлоридом железа(III) основана на окислении витамина Е в производное токоферилхинона, окрашенное в красный цвет. В сухую пробирку наливают 4-5 капель 0,1% спиртового раствора токоферола, приливают 0,5 мл 0,1% раствора хлорида железа(III). Перемешивают содержимое, при нагревании раствор окрашивается розово-красный цвет. В три сухие пробирки наливаем оливковое и подсолнечные масла по 2-3 мл и приливаем в каждую из пробирок по 0,5 мл 0,1% раствора хлорида железа(III), перемешиваем и нагреваем содержимое. Наблюдаем образование розово-красного окрашивания, что свидетельствует о присутствии витамина Е в маслах.
Определение витамина Е в нерафинированном подсолнечном масле «Дары Кубани», масле виноградных косточек. В две сухие пробирки наливаем масло виноградных косточек и нерафинированное подсолнечное масло «Дары Кубани» по 2-3 мл и приливаем в каждую из пробирок по 0,5 мл 0,1% раствора хлорида железа(III), перемешиваем и нагреваем содержимое. Наблюдаем образование розово-красного окрашивания, что свидетельствует о присутствии витамина Е в маслах.
Определение витамина Е в сливочном масле. В сухую пробирку наливаем спиртовой раствор сливочного масла 2-3 мл и приливаем 0,5 мл 0,1% раствора хлорида железа(III), перемешиваем и нагреваем содержимое. Наблюдаем образование не характерного розово-красного окрашивания.
Заключение
Проведя исследования на определение содержания витамина Е в различных видах и сортах растительных масел, я убедилась в том, что:
Абсолютно все виды растительных масел содержат в своём составе витамин Е в том или ином количестве, в отличие от масел животного происхождения.
Проанализировав данные, полученные в ходе исследований, я пришла к выводу, что рафинированные растительные масла не имеют резкого специфического запаха и выраженного вкуса, прозрачные, без осадка. Однако витаминов в них мало. Максимальная сохранность витаминов и по количеству, и по качеству обеспечивается только в нерафинированных маслах. При рафинировании из масла удаляют фосфолипиды. В результате оно становится прозрачным и не горит, когда на нем жарят, но вместе с тем теряет ряд ценных качеств, поскольку фосфолипиды благоприятно влияют на состояние печени и обмен холестерина в организме человека. Поэтому для здоровья полезнее нерафинированное масло с осадком. Преимуществом нерафинированных масел является и то, что они подвергаются только механической очистке и не содержат вредных для здоровья химических примесей, которые неизбежны в рафинированных маслах. Жарить лучше на топленом масле или на оливковом — они отличаются повышенной устойчивостью к нагреванию. Так же я убедилась, почему оливковое масло более полезное, чем подсолнечное. Плюсом оливкового масла является его высокая усвояемость (10 к 8, оливковое против подсолнечного). Этот факт объясняется ещё и тем, что в составе оливкового масла около 70-75% всех жирных кислот приходится на олеиновую кислоту, чрезвычайно полезную для человеческого организма. Но эта же жирная кислота входит и в состав подсолнечного масла в количестве до 45 %. Ощутимым дополнением является следующее: оливковое масло более пригодное для жарки в виду того, что при нагревании в нем появляется намного меньше опасных для здоровья транс-жиров, чем в подсолнечном. Но это вовсе не означает, что стоит исключать подсолнечное масло из салатов, заправок и других блюд, не требующих долгой обжарки при высоких температурах. И тем более это не означает, что на оливковом масле можно жарить долго и сколько угодно – во всем нужна мера.
Еще одно значимое отличие оливкового масла от подсолнечного – это баланс незаменимых для человеческого организма жиров групп омега-6 и омега-3. Так в подсолнечном масле на 71 часть жиров омега-6, доля которых оценивается в 50%, приходится только одна часть жиров омега-3. В свою очередь в оливковом масле это отношение составляет 4:1, что признано диетологами наиболее оптимальным для нашего организма и является поводом для периодического употребления в пищи этого вида растительного масла.
К сожалению, в погоне за «модными» лекарствами и пищевыми добавками многие забыли, что антиоксиданты – это не панацея, а очень тонкий регулирующий инструмент. Эффективность антиоксидантов напрямую зависит от дозы, но это вовсе не означает, что чем больше антиоксидантов мы примем, тем лучше и быстрее будет результат. Скорее даже, наоборот – в больших концентрациях антиоксиданты начинают действовать в противоположном направлении, и не тормозят, а, напротив, ускоряют свободно-радикальные реакции.
Библиографический список
Артеменко А.И. Органическая химия, М.: Москва «Высшая школа» 1987г.
Албертс Б., Брей Д., и др. Молекулярная биология клетки Москва, 1994.
Алейникова Т.Л, Рубцова. Г.В. Биохимия. Руководство к практическим занятиям по биологической химии. Учебное пособие для мед. Вузов/под ред. А.Я.Николаева-М.г.Высш. Шк. 1988-239с.
Бартона Д., У.Д. Оллиса. Общая органическая химия.
Березин Б.Д., Курс современной органической химии.
Большая медицинская энциклопедия. Москва, 2000 год.
Габриелян О. С. , Маскаев Ф.Н. , Пономорёв С.Ю, В.И.Теренин В.И. Химия 10-11 класс.
Ленинджер А. основы биохимии. М: мир1985
Мецлер Д. Биохимия. М: мир 1980
Страер Л. Биохимия М6 мир 1984