Где образуются витамины

Установлено, что растениям свойственны те же витамины, что и животным. Почти все витамины, необходимые для жизни нашего организма, мы получаем из растений (или микроорганизмов) готовыми — животные и человек не могут их синтезировать.

Здесь следует несколько отвлечься и сказать о том, какие именно вещества мы относим к группе витаминов. Дело в том, что первоначальное представление о витаминах как особой группе химических веществ оказалось неверным. Когда были выделены и изучены различные витамины (а их сейчас известно около 40), оказалось, что это — органические вещества разной химической природы. Общим их свойством является только физиологическая активность, т. е. способность оказывать свое действие при введении с пищей в очень малых количествах. «Очень малое количество» — критерий, естественно, далеко не точный, поэтому о некоторых веществах ученые спорят: относить их к витаминам или нет.

В тот период, когда химическое строение многих витаминов еще не было расшифровано, их стали обозначать буквами латинского алфавита: А, В, С, D и т. д. Потом выяснилось, что многие из них — давно известные химикам вещества: например, витамином PP оказалась синтезированная еще 70 лет назад никотиновая кислота. Но буквенные обозначения за витаминами сохранились.

Позже стало выясняться, что то, что называли, например, витамином В, не одно вещество, а смесь различных соединений, разного состава и по-разному действующих на организм. Их стали обозначать как B₁, B₂, B₆ и т. д. Затем и эти «рамки» оказались витаминам тесны. Вновь открываемые витамины получали названия уже по своему химическому составу. Так, в семью витаминов вошли пантотеновая и фолиевая кислоты, «факторы роста» — инозит и биотин, параминобензойная кислота и другие вещества. Они не получили уже буквенных обозначений. Весьма возможно, что вся эта разношерстная группа найдет в будущем более ясное «химическое лицо». Сейчас же в понятие «витамины» мы объединяем различные органические вещества, которые нужны для жизни в очень малых количествах и отсутствие которых в пище вызывает различные заболевания.

Почти все витамины образуются в растениях. Лишь витамины А и D синтезируются в теле человека, но для их образования нужны так называемые провитамины, т. е. предшественники витаминов — тоже органические вещества. Провитамином А является желтый пигмент растений (например, моркови) — каротин, который в тканях животного при определенных условиях превращается в витамин А. Провитамин D — эргостерин — содержится в желтках яиц, дрожжах и т. д.

Растения, в отличие от животных, способны синтезировать витамины из простых соединений. Например, в образовании каротина непосредственное участие принимает уксусная кислота. Материалом для образования витамина C в растениях являются сахара, содержащие в молекуле шесть углеродных атомов (гексозы). Инозит также синтезируется из сахаров, но совершенно иным путем, чем аскорбиновая кислота. В биосинтезе витаминов принимают непосредственное участие широко распространенные в организме аминокислоты: триптофан нужен для образования витамина РР, бета-аланин — для пантотеновой кислоты. Но этот синтез идет только в растении.

Мы не будем в деталях рассматривать, как происходит синтез витаминов в растении. Это потребовало бы от читателей солидных знаний в области биохимии. Подчеркнем только, что процессы биосинтеза витаминов весьма сложны и исходными продуктами для них служат другие важные для жизни растения вещества. Отсюда следует, что условия жизни растения, влияя на его обмен веществ в целом, не могут не влиять и на образование и накопление витаминов. Значит, изменением условий можно воздействовать на накопление витаминов.

Как и все процессы обмена веществ, образование витаминов по-разному идет в разные периоды жизнедеятельности растений; молодые и старые растения содержат разное количество витаминов. Не одинаковыми синтетическими возможностями обладают и разные части одного и того же растения. Ниже мы постараемся изложить то, что известно сейчас об условиях синтеза в растениях витаминов.

Жизнь растения начинается с прорастания его семени. Но зародыш будущего растения начинает свое существование гораздо раньше — тогда, когда формируется само семя. В развивающееся семя из материнского растения энергично поступают как органические, так и неорганические вещества. Соответственно этому здесь активно работают ферменты, способствуя разнообразным превращениям.

Уже на самых первых этапах образования семени в нем появляются витамины. Частично они здесь же и образуются, в большей же степени передвигаются сюда из других частей растения.

Так, например, в семенах пшеницы, которые, как известно, богаты витамином B₁ этот витамин синтезируется только на ранних этапах формирования зародыша. Позже он начинает поступать сюда из вегетирующих частей растений. Удается обнаружить, как по мере увеличения зерен пшеницы содержание витамина B₁ в колосковых чешуях, стебле и листьях падает и соответственно возрастает в семенах.

К моменту созревания семян содержание большинства витаминов в них уменьшается. Это относится к витаминам B₂, C, PP. Нередко в зрелых семенах витамин C совсем исчезает. Это, как мы увидим дальше, связано с его особой ролью в растениях. Зато содержание витамина E нередко увеличивается.

В целом, в семенах больше всего витаминов РР, пантотеновой кислоты, витамина E и витамина B₂ меньше всего биотина. Зерна злаков содержат много витамина B₁. Кукуруза выгодно отличается от других зерновых культур высоким содержанием провитамина A, витаминов B₂, B₆ и Е. По содержанию же витамина PP она уступает другим культурам.

Много исследований посвящено распределению витаминов в разных частях семени. Это важно знать для правильной технологической переработки семян, идущих в пищу. Ведь еще в прошлом веке стало известно, что болезнь «бери-бери» возникает при питании полированным (очищенным) рисом. Неочищенные зерна риса содержат достаточно витамина B₁ и при употреблении их в пищу «болезнь не возникнет. Значит, витамин содержится в наружных частях зерновок. Такого рода данные помогают уяснить и роль витаминов в процессах прорастания семян.

Особенно много витаминов концентрируется в зародыше — в этой наиболее жизнедеятельной части семени. Так, если в зерне пшеницы содержится 38,7 мг/кг витамина E, то в зародышах его 355,0 мг/кг; в зерне кукурузы в целом 22,0 мг/кг этого витамина, а в зародышах 302,0 мг/кг. Витамин P вообще накапливается лишь в зародышах.

При прорастании семян вновь начинается биосинтез и энергичное перераспределение витаминов: они устремляются к растущим частям. В опытах с пшеницей, прорастающей в темноте, можно было наблюдать, что общее содержание витамина B₁ в семени осталось одним и тем же, а количество этого витамина в зародыше за 18 дней увеличилось в 6,7 раза; в эндосперме же за это время оно уменьшилось в 3 раза.

Если в покоящихся семенах витамин C (аскорбиновая кислота) отсутствует, то как только начинается прорастание, он накапливается здесь в больших количествах. В прорастающих семенах интенсивно накапливаются и другие витамины: B₂, B₆, PP. Период прорастания семян связан с быстрой перестройкой белков, углеводов, жиров и других запасных соединений, превращением их в вещества вновь созданного тела растения. Очевидно, витамины необходимы для этой перестройки.

Если по какой-либо причине в семени не хватает того или иного витамина, течение реакции, в которой он принимает участие, нарушается, извращаются и другие превращения веществ, и это в конце концов приводит к задержке, а иногда и к полному прекращению роста.

Синтез витаминов, конечно, продолжается и во взрослом растении. При этом не всегда просто установить, в каких именно частях растения этот синтез происходит.

Известно, например, что витамин C образуется главным образом в листьях. Отсюда аскорбиновая кислота попадает в корни, где она необходима для дыхания. Но экспериментально удается показать, что корни и клубни тоже могут синтезировать аскорбиновую кислоту. Иногда в клубнях при их хранении содержание витамина C не только не падает, но даже увеличивается. Если же новые клубни картофеля выращивать из старых, не дав возможности развиться надземным частям, то содержание витамина C возрастает как в молодых, так и в старых клубнях.

Еще более интересны опыты с культурой изолированных корней. Такие корни, лишенные надземных органов, длительное время выращивают в стерильных условиях, в полной темноте на синтетической питательной среде, не содержащей витаминов. Нам удалось показать, что эти корни синтезируют значительные количества аскорбиновой кислоты.

Другие витамины тоже синтезируются в клубнях и корнях, но много их поступает и из надземных частей. В целом корне- и клубнеплоды содержат больше всего витамина C, меньше — пантотеновой кислоты и витаминов E и PP и меньше всего биотина и каротина (последний накапливается лишь в корнях моркови). При прорастании клубней и корнеплодов, так же как и при прорастании семян, происходит биосинтез многих витаминов.

В листьях и других зеленых частях растений образуются почти все витамины, и набор их здесь наиболее богат. Здесь почти всегда в довольно больших количествах есть витамины C, PP, E, каротин, в меньших количествах другие. Витамин P в значительных количествах найден в листьях чая, спаржи, гречихи, табака и многих других растений. (Препараты витамина P получают из чая, зеленой массы гречихи, плодов конского каштана и др.).

Как известно, животные не образуют витамин E. Этой способностью обладают только зеленые растения. В растительных клетках витамин E находится преимущественно в зеленых хлорофилловых зернах — хлоропластах, где концентрация его достигает 0,08% от веса сухого вещества. Из овощей наиболее богаты витамином E салат, листовая капуста и зеленый лук. Много этого витамина найдено в листьях аморфы, крапивы, клена, каштана. Однако больше всего витамина E в зародышах семян пшеницы и кукурузы. Много этого витамина и в растительных маслах, особенно в хлопковом и соевом.

Содержание витаминов в зеленых частях растений по мере их роста увеличивается, а в период цветения и плодообразования резко падает. Это связано с усиленным расходованием витаминов и со старением листьев. Но если в это время меньше витаминов становится в листьях, то они быстро накапливаются в бутонах, цветках и завязях, а позже в плодах.

В плодах в наибольших количествах встречается провитамин A — каротин. Ведь это тот пигмент, который придает плодам желтую, оранжевую, красную окраску. Например, содержание провитамина А в красном перце более чем в 30 раз превышает количество его в зеленом перце. Тем не менее и в зеленых плодах, так же как и в других зеленых частях растения, он есть. При созревании количество его сильно повышается. Это хорошо обнаруживается, например, в созревающих плодах помидоров, шиповника, апельсина, тыквы и т. д.

Количество витамина C при созревании плодов, наоборот, обычно падает. Так, в плодах облепихи 20 июля содержалось 26,5 мг/кг (на сырой вес) витамина C и 0,3 мг/кг каротина; через месяц было соответственно 19,7 и 0,7 мг/кг и 28 сентября 16,2 и 1,6 мг/кг. В плодах в заметных количествах накапливаются также витамин P и другие.

Благодаря селекции и отбору удается значительно повысить содержание витаминов в плодах. Убедительным примером этого служат работы И. В. Мичурина. Им создан сорт актинидии Ананасная Мичурина с содержанием витамина C — 124 мг/кг и Клара Цеткин — 168 мг/кг. В плодах исходных сортов дикорастущих актинидий содержалось всего от 4,8 до 83,7 мг/кг витамина.

В настоящее время получены «новые сорта шиповника с концентрацией витамина C в плодах 30 тыс. мг/кг, сорта черной смородины, моркови, тыквы и другие, богатые тем или иным витамином. Например, новый сорт тыквы Витаминная содержит 160—380 мг/кг каротина, тогда как обычные сорта — не более 6 мг/кг. В настоящее время ведется работа по выведению таких сортов, которые сочетали бы в себе высокое содержание не одного, а нескольких витаминов.

Содержание витаминов в тех или иных органах растений зависит не только от интенсивности биосинтеза и использования витаминов, но и от передвижения их из других частей растения. Это можно показать таким простым опытом. Корни томатов у самой корневой шейки окольцовывают, т. е. кольцом срезают наружный коровой слой, по которому передвигаются пластические вещества. Очень быстро обнаруживается, что содержание витамина B₁ в стебле непосредственно над местом кольцевания возрастает, а в корневой системе падает. Если произвести кольцевание вблизи растущей верхушки, то можно убедиться, что передвижение этого витамина происходит не только вниз к корням, но и вверх. В значительных количествах витамины B₁, B₆, биотин и другие содержатся и в пасоке, которая поднимается из корней в надземные части. Эти витамины образуются и в самих корнях и поступают в них из почвы. При подкормке кукурузы витаминами содержание витамина B₁ в пасоке увеличилось более чем в 17 раз и витамина B₆ более чем в 13 раз по сравнению с контролем. Весной, когда древесные растения выходят из периода покоя и еще отсутствуют листья, а корневая система обладает слабой синтетической деятельностью, в пасоке, поднимающейся к надземным частям, содержатся витамины, мобилизованные главным образом из прежних запасов. Передвижение этих витаминов из запасных органов, конечно, очень важно для энергичного новообразования листьев и цветения.

При помощи изотопного метода нам удалось показать, что витамин B₁ будучи введен в черешок среднего листа, быстра передвигается как в верхние и нижние листья, так и в плоды и корни. Подобно витамину B₁ передвигаются и другие витамины.

Передвижение витаминов в растении имеет огромное биологическое значение, так как не все части растения в состоянии сами обеспечить себя этими жизненно необходимыми соединениями. Так, например, у проростков гороха корни в достаточном количестве синтезируют биотин и мало — тиамин (витамин B₁); эпикотиль, т. е. начинающий расти стебель, образует мало-витаминов. Значит, корни проростка нуждаются в дополнительном обеспечении тиамином, а эпикотилю необходимы и тиамин и биотин. Известно также, что корни многих растений, будучи не в состоянии образовать витамины B₁, PP, B₆ и др., не смогли бы расти, если бы эти витамины не доставлялись в корневую систему из листьев.