7 семестр / Витамины
.pdf193
Лекция № 23. Витамины
1.Водорастворимые витамины как компоненты коферментов.
2.Витамины А,Д,Е и К как производные изопрена. Биологические функции жирорастворимых витаминов.
Витамины – это низкомолекулярные органические соединения, Которые необходимы для нормального метаболизма в малых дозах, исчисляемых в миллиграммах или микрограммах, и которые не могут синтезироваться организмом в адекватных количествах.
По физико-химическим свойствам витамины делят на две группы: жирорастворимые и водорастворимые.
Особенности метаболизма жирорастворимых витаминов: жирорастворимые витамины (А, Д, Е, К) содержатся в липидах растительного и животного происхождения. Всасываются в тонком кишечнике вместе с продуктами переваривания липидов и в энтероцитах включаются в состав хиломикронов. В составе хиломикронов они переносятся к печени, которая служит основным местом депонирования витаминов А, Д, К. Основным депо витамина Е служит жировая ткань. Выделение жирорастворимых витаминов из организма осуществляется с желчью, а их избыток оказывает токсический эффект (особенно витамины А и Д).
Водорастворимые витамины, включающие витамины группы В [тиамин (В1), рибофлавин (В2), ниацин (РР), пантотеновая кислота, пиридоксин (В6), биотин (Н), фолиевая кислота, витамин В12] и аскорбиновую кислоту (С), всасываются из ЖКТ на всем его протяжении. Всосавшись из кишечника они через воротную вену поступают в печень, а их избыток выводится из организма с мочой. Таким образом, в организме создается лишь небольшой резерв свободного витамина, который должен постоянно пополняться за счет пищи. Истощение резервов наступает через несколько месяцев, исключение составляет витамин В12, запасов которого в печени хватает на 5-6 лет. Поступая в клетки, водорастворимые витамины являются предшественниками многих коферментов и непосредственно участвуют в катализе химических реакций, входя в состав ферментов. Выделение водорастворимых витаминов из организме осуществляется через почки. Избыток витаминов этой группы в общем переносится хорошо, исключение составляют никотиновая кислота и аскорбиновая кислота.
Витамины – это вещества, которые, согласно акад. Энгельгардту, проявляют себя не своим присутствием, а своим отсутствием.
Причины гиповитаминозов: 1.Недостаток витаминов в пище
2.Повышенная потребность в витаминах (тяжелая физическая работа, беременность, кормление грудью, стрессы)
194
3.Дисбактериозы, т.к. некоторые витамины вырабатываются бактериями кишечника 4.Заболевания почек, когда с мочой теряются большие количества витаминов.
1. Водорастворимые витамины Тиамин (витамин В1), антиксерофтальмический
|
NH2 |
CH2 |
H |
|
S |
|||||||
N |
+ |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H3C N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
H C CH2 |
|
CH2 |
|
OH |
|||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
Тиамин
Содержится в постном мясе, бобах, неочищенном зерне, рыбе, дрожжах.
Суточная потребность пропорциональна количеству потребляемых с пищей калорий и составляет 1-1,5 мг.
Этот витамин служит предшественником тиаминдифосфата (ТДФ), который является коферментом в реакциях окислительного декарбоксилирования пирувата и 2-оксоглутарата, а также коферментом
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
H |
|
H3C |
|
C |
|
OH |
|||||||||||
|
|
||||||||||||||||
+ |
|
S |
+ |
|
|
|
S |
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
N |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H C CH2 |
|
CH2 |
|
H C CH2 |
|
CH2 |
|||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабочая группа тиамина
транскетолазы, катализирующей реакции пентозофосфатного пути. ТДФ выполняет роль промежуточного переносчика альдегидных групп.
При недостатке витамина В1 снижается способность клеток к образованию энергию. При этом отмечаются потеря аппетита, тошнота, усталость, депрессия, периферическая нейропатия. При значительном дефиците тиамина развивается тяжелое заболевание «бери-бери»: расстройство координации движений, спутанность сознания, мышечная слабость, снижение частоты сердечных сокращений, отек конечностей. В Европейских странах болезнь встречается редко, т.е. в пищу употребляется много продуктов, содержащих тиамин. В России встречается синдром Вернике-Корсакова, присущий больным, страдающим алкоголизмом, получающих основную массу калорий со спиртными напитками. Для него характерны расстройства функций нервной системы, психозы, потеря памяти.
195
Рибофлавин (витамин В2), витамин роста
Содержится в молоке, мясе, желтых овощах. Суточная потребность 1,2-1,7 мг.
O
H3CNNH
H3CNNO
CH2
H C OH
H C OH
H C OH CH2OH
рибофлавин
Витамин В2 служит предшественником флавинадениндинуклеотида (ФАД), флавинмононуклеотида (ФМН), которые являются коферментами окислительно-восстановительных реакций.
|
|
O |
|
|
H |
O |
|
|
|
|
|
||
H3C |
N |
NH + |
H |
H3C |
N |
NH + S |
|
|
S |
|
|
||
H3C |
N N O |
H |
H3C |
N N O |
||
|
||||||
|
R |
|
|
|
R |
H |
|
|
|
|
|
|
Сукцинатдегидрогеназа (фермент ЦЛК и комплекс II ЦПЭ) и флавопротеины ЦПЭ – это ферменты, простетическими группами которых являются производные рибофлавина.
Витамин В2 совместно с витамином А обеспечивает нормальное зрение
– остроту восприятия цвета и света, темновую адаптацию.
Недостаток рибофлавина встречается сравнительно часто, включая развитые страны. Не привлекает к себе большого внимания, поскольку не приводит к последствиям, опасным для жизни. Типичным проявлением В2- гиповитаминоза является ангулярный стоматит и хейлоз с трещинами в углах рта и на губах; шелушение кожи вокруг рта, на крыльях носа, ушах.
Витамин РР, никотиновая кислота, антипеллагрический
|
|
|
|
|
|
|
O |
||||
|
|
|
COOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
NH2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
N |
||||||||
никотиновая кислота |
никотинамид |
||||||||||
(ниацин) |
(ниацинамид) |
Содержится в постном мясе, горохе, бобах, орехах, рыбе.
196
Суточная потребность 13-19 ниациновых эквивалентов. 1 ниациновый эквивалент соответствует 1 мг свободного ниацина.
В организме никотиновая кислота превращается в амид никотиновой кислоты. Амид участвует в образовании двух близких по структуре коферментов – никотинамидадениндинуклеотида (НАД+) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ+). Эти коферменты играют роль промежуточных переносчиков атомов водорода. Большинство дегидрогеназ и редуктаз в качестве коферментов используют производные ниацина.
Недостаточное содержание витамина РР вызывает у людей заболевание, которое называется пеллагрой («шершавая кожа»), для которого характерны дерматит, диарея, деменция. Недостаток витамина встречается в странах, где основным продуктом питания является кукуруза, и в рационе недостаточно мяса и рыбы.
Витамин В5, пантотеновая кислота, антидерматитный
Содержится в мясе, зерновых, бобовых, дрожжах. Суточная потребность 5-10 мг.
Пантотеновая кислота – компонент кофермента А. Кофермент А является переносчиком ацильных групп.
Примерами реакций с участием кофермента А являются реакции окислительного декарбоксилирования пирувата и первая реакция цикла лимонной кислоты.
197
Авитаминоз у человека не описан, так как витамин образуется кишечной микрофлорой. К дефициту витамина могут привести малое содержание в пище белков, жиров, витаминов группы В и витамина С. У больных появляются депрессия, жжение, покалывание, онемение ног, жгучие, мучительные боли в нижних конечностях, преимущественно по ночам. Кожа стоп становится красной. При пантотеновой недостаточности снижается сопротивляемость организма к инфекции, часто возникают острые респираторные заболевания.
Витамин В6, пиридоксин, антидерматитный
Витаминной активностью обладают пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин.
Содержится в дрожжах, печени. Синтезируется кишечной микрофлорой.
Суточная потребность 2,2 мг.
В организме превращается в коферментную форму – пиридоксальфосфат. Пиридоксальфосфат функционирует как кофермент аминотрансфераз, ферментов, участвующих в метаболизме аминокислот, а также как кофермент декарбоксилаз аминокислот и их производных. и как кофермент гликогенфосфорилазы – фермента, участвующего в катаболизме гликогена.
Недостаточность отмечается редко, поскольку он содержится во многих продуктах питания и синтезируется кишечной микрофлорой.
Гиповитаминоз может возникнуть при повышенной потребности в нем организма, например, при большой физической нагрузке, беременности, длительном избытке в питании белков. При клиническом исследовании у добровольцев, с искусственно вызванным гиповитаминозом В6, отмечались появление себореи и дерматита на лице, глоссита, стоматита. Иногда у них возникали судороги.
Витамин Н, биотин, антисеборейный
Содержится в печени, почках. Молоке, желтке, картофеле, зелени, томатах.
Суточная норма 150-200мкг.
Биотин играет роль переносчика карбоксильных групп во многих реакциях ферментативного карбоксилирования, протекающих с участием АТФ. В качестве примера биотин-зависмой реакции можно привести реакцию глюконеогенеза, катализируемую пируваткарбоксилазой, в ходе которой из пирувата образуется оксалоацетат.
198
Недостаточность может наблюдаться после длительного лечения антибиотиками или после употребления большого количества сырых яиц, т.к. в яичном белке содержится гликопротеин авидин, который образует прочный комплекс с биотином, препятствуя всасыванию биотина.
Витамин Вс (В9), фолиевая кислота, антианемический
Содержится в зелени, мясе, печени, дрожжах. Синтезируется микрофлорой кишечника.
Суточная потребность 400 мкг.
Состоит из трех структурных элементов: птеридина (I), п- аминобензойной кислоты (II) и глутаминовой кислоты (III).
Коферментная функция фолиевой кислоты связана не свободной формой витамина, а с восстановленным его птеридиновым производным. Восстановление протекает в тканях млекопитающих и протекает в 2 стадии под действием специфических ферментов. На первой стадии под действием фолатредуктазы дигидрофолиевая кислота, которая благодаря второму ферменту, дигидрофолатредуктазе, восстанавливается в тетрагидрофолиевую кислоту (Н4-фолат). Тетрагидрофолат играет роль промежуточного переносчика одноуглеродных групп во многих сложных ферментативных реакциях. К таким группам относятся метильная (CH3-), метиленовая (-CH2-), метенильная (-CH=), формильная (-CHO), формиминогруппа (-CH=NH). H4- фолат участвует в метаболизме холина, серина, метионина, гистидина, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.
Клиническая картина гиповитаминоза развивается медленно, т.к. запасы фолиевой кислоты в организме исчерпываются только через 3-6 месяцев. Заболевание характеризуется патологией кроветворной и пищеварительной систем. Развивается гиперхромная анемия с появлением в периферической крови мегалобластов.
В последнее время в связи с большой протективной ролью баланса фолиевой кислоты для формирования здорового генофонда человека витамин введен в обязательный протокол при подготовке к беременности у женщин старше 35 лет.
Витамин В12 (кобаламин, антианемический)
199
Источник: Витамин В12 синтезируется исключительно микроорганизмами и поступает в организм человека с продуктами животного происхождения (молоком, мясом). Может синтезироваться бактериями желудочно-кишечного тракта человека.
Суточная потребность: 3 мкг.
Метаболизм: Витамин В12 (поступивший с пищей или образованный кишечными бактериями) связывается с внутренним фактором - белком, синтезируемым париетальными клетками желудка, и в таком виде поступает в кишечник, где всасывается. Всосавшись, в комплексе с белком транскобаламином II витамин В12 транспортируется с кровью в печень, где происходит его депонирование.
В организме имеется только 2 клинически значимые реакции, которые требуют наличия витамина В12 в качестве кофактора. Дезоксиаденозилкобаламин является коферментом метилмалонил-КоА- мутазы, играющей важную роль в катаболизме жирных кислот с нечетным числом атомов «С», а также аминокислот валина, изолейцина и треонина. Другая коферментная форма витамина В12 - метилкобаламин является коферментом метионинсинтазы, катализирующей превращение гомоцистеина в метионин:
гомоцистеин + метилкобаламин метионин + кобаламин
200
Недостаточность витамина В12 Поскольку печень человека запасает витамин В12 в больших
количествах, истинная недостаточность витамина В12 встречается крайне редко. Пернициозная анемия, наблюдающаяся при недостатке витамина В12, как правило, развивается из-за неспособности всасывания этого витамина в кишечнике вследствие нарушения секреции желудком внутреннего фактора. Анемия обусловлена нарушением синтеза ДНК из-за невозможности синтеза пуриновых нуклеотидов и ТМФ. Блокирование биосинтеза нуклеотидов является следствием взаимосвязи метаболизма витамина В12 с метаболизмом фолиевой кислоты.
Неврологические симптомы, которые также имеют место при дефиците витамина В12, являются результатом прогрессирующей демиелинизации нервных клеток вследствие повышения концентрации метилмалонил-КоА.
Витамин С (Аскорбиновая кислота, антискорбутный)
Аскорбиновая кислота распространена не так широко, как другие витамины. Она легко разрушается при нагревании в щелочной среде, а также под действием О2 в присутствии ионов Fe или Cu. Источником аскорбиновой кислоты для организма являются свежие овощи (капуста, помидоры), фрукты (цитрусовые), ягоды (черная смородина) кора и листья многолетних кустарников.
Суточная потребность составляет 50-100 мг. Для предотвращения развития цинги достаточно всего 10 мг.
Биохимическая функция: витамин С является восстановительным агентом в ряде различных реакций. Он способен восстанавливать цитохромы с в цепи переноса электронов. Наиболее важной реакцией, требующей аскорбат в качестве кофактора, является гидроксилирование остатков пролина в коллагене. Поэтому витамин С необходим для синтеза нормальной соединительной ткани, а также для образования рубца при ранениях кожи и сращения переломов костей.
Витамин С используется в качестве кофактора и в некоторых других метаболических реакциях, в частности в катаболизме тирозина, синтезе адреналина из тирозина и синтезе желчных кислот. Поскольку в коре надпочечников содержится высокий уровень витамина С, истощающийся под влиянием АКТГ, предполагается, что витамин С участвует в синтезе глюкокортикоидов.
Недостаточность витамина С вызывает цингу, развитие которой обусловлено нарушением посттрансляционной модификации коллагена. Для
201
цинги характерны легко вызываемые синяки, мышечная усталость, рыхлые десны, замедленное заживление ран, а также кровоизлияния.
Повышенная потребность в витамине С наблюдается при стрессе или травме.
Таблица 1. Водорастворимы® витамины
Название |
Суточная |
Коферментная |
Биологические |
Характерные |
|
потребност |
форма |
функции |
признаки |
|
ь, мг |
|
|
авитаминозов |
|
|
|
|
|
В1 |
2-3 |
ТДФ |
Декарбоксилирован |
Полиневрит |
(тиамин) |
|
|
ие α-кетокислот, |
|
|
|
|
перенос активного |
|
|
|
|
альдегида |
|
|
|
|
(транскетолаза) |
|
|
|
|
|
|
В2 |
1,8-2,6 |
FAD |
В составе |
Поражение глаз |
(рибофлавин |
|
FMN |
дыхательных |
(кератиты, |
) |
|
|
ферментов, перенос |
катаракта) |
|
|
|
водорода |
|
|
|
|
|
|
B5 |
10-12 |
KoA-SH |
Транспорт |
Дистрофические |
(пантотенова |
|
|
ацильных групп |
изменения в |
я |
|
|
|
надпочечниках и |
кислота) |
|
|
|
нервной ткани |
|
|
|
|
|
В6 |
2-3 |
ПФ |
Обмен аминокислот |
Повышенная |
(пиридоксин |
|
(пиридоксальфосф |
(трансаминирование |
возбудимость |
) |
|
ат) |
, |
нервной системы, |
|
|
|
декарбоксилирован |
дерматиты |
|
|
|
ие) |
|
|
|
|
|
|
PP |
15-25 |
NAD |
Акцепторы и |
Симметричный |
(ниацин) |
|
NADP |
переносчики |
дерматит на |
|
|
|
водорода |
открытых |
|
|
|
|
участках тела, |
|
|
|
|
деменция и |
|
|
|
|
диарея |
|
|
|
|
|
Н |
0,01-0,02 |
Биотин |
Фиксация СО2, |
Дерматиты, |
(биотин) |
|
|
реакции |
сопровождающие |
|
|
|
карбоксилирования |
ся усиленной |
|
|
|
(например, |
деятельностью |
|
|
|
пирувата и ацетил- |
сальных желѐз |
|
|
|
КоА) |
|
|
|
|
|
|
Вc |
0,05-0,4 |
Тетрагидро- |
Транспорт |
Нарушения |
(фолиевая |
|
фолиевая кислота |
одноуглеродных |
кроветворения |
кислота) |
|
|
групп |
(анемия, |
|
|
|
|
лейкопении) |
|
|
|
|
|
В12 |
0,001-0,002 |
Дезоксиаденозил-и |
Транспорт |
Макроцитарная |
|
|
|
|
|
202
(кобаламин) |
|
метилкобаламин |
метальных групп |
анемия |
|
|
|
|
|
С |
50-75 |
|
Гидроксилирование |
Кровоточивость |
(аскорбинов |
|
|
пролина, лизина |
дѐсен, |
ая кислота) |
|
|
(синтез коллагена), |
расшатывание |
|
|
|
антиоксидант |
зубов, подкожные |
|
|
|
|
кровоизлияния, |
|
|
|
|
отѐки |
|
|
|
|
|
Р (рутин) |
Не |
|
Вместе с витамином |
Кровоточивость |
|
установлена |
|
С участвует в |
дѐсен и точечные |
|
|
|
окислительно- |
кровоизлияния |
|
|
|
восстановительных |
|
|
|
|
процессах, тормозит |
|
|
|
|
действие |
|
|
|
|
гиалуронидазы |
|
|
|
|
|
|
2. Жирорастворимые витамины Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический)
Витаминной активностью обладают ретинол, ретиналь, ретиноевая кислота. Все три соединения образуются из предшественников растительного происхождения – каротинов, наиболее активным из которых является - каротин.
Суточная потребность составляет 1000 ретиноевых эквивалентов. 1 ретиноевый эквивалент соответствует 1 мкг ретинола или 6 мкг -каротина.
Источником витамина А являются:
1)желтые овощи, фрукты ягоды (морковь, хурма облепиха)
2)эфиры транс-ретинола, содержащиеся в маслах почек и печени.