ХАРАКТЕРИСТИКА ВИТАМИНОВ ПО БИОЛОГИЧЕСКОМУ ДЕЙСТВИЮ

Витамины

1. Характеристика и биологическое значение витаминов.

2. Витамины как незаменимые факторы питания

3. Витамины как составная часть коферментов

Важный вклад в развитие учения о витаминах был сделан отечественным врачом Н.И. Луниным в опытах на мышах. Одна группа мышей (контрольная) получала натуральное молоко, а вторая - смесь компонентов молока: белок, жир, молочный сахар, минеральные соли и вода. Спустя некоторое время мыши опытной группы погибали, а мыши контрольной группы развивались нормально. Отсюда следовал вывод о наличии в молоке дополнительных веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности.

Подтверждением правильности вывода Лунина явилось установление причины бери-бери. Оказалось, что люди, употребляющие в пищу неочищенный рис, оставались здоровыми, в отличие от больных бери-бери, которые питались полированным рисом. В 1911 г. польский учёный К. Функ выделил из рисовых отрубей вещество, которое оказывало хороший лечебный эффект при этом заболевании. Поскольку это органическое вещество содержало в своём составе аминогруппу, Функ назвал это вещество витамином, или амином жизни (от лат. vita - жизнь). В настоящее время известно около двух десятков витаминов, которые обеспечивают нормальный рост организма и нормальное протекание физиологических и биохимических процессов. Многие из них входят в состав коферментов (В₁, В₂, РР и другие); некоторые витамины выполняют специализированные функции (витамины A, D, Е, К).

Витамины - низкомолекулярные органические соединения различной химической природы и различного строения, обладающие биологической активностью, синтезируемые, главным образом, растениями, частично – микроорганизмами и принимающие участие в биологическом катализе.

Для человека витамины - незаменимые пищевые факторы, однако, некоторые из них синтезируются микрофлорой кишечника: B₁, B₂, B₆, B₁₂, PP, фолевая кислота, пантотеновая кислота, К, биотин. Витамин РР образуется в печени из Trp, D₃ - в печени и коже из холестерина, в печени из каротинов образуется ретинол и ~ 20% холин в составе лецитинов.

Провитамины - предшественники витаминов (например, каротины – для ретинола, эргостерин – для D₂, 7-дегидрохолестерин – для D₃).

Антивитамины - вещества, уменьшающие биологическую активность витаминов:

1. структурные аналоги витаминов и конкурентно препятствующие образованию активных ферментов (например, окситиамин, изоникотиновая кислота и ее производные, дезоксипиридоксин, оксибиотин, аминоптерин, сульфамидные препараты),

2. ферменты, разрушающие витамины (например, тиаминаза, аскорбатоксидаза),

3. вещества, связывающие витамин и предотвращающие образование фермента (например, белок авидин связывает биотин).

ХАРАКТЕРИСТИКА ВИТАМИНОВ ПО БИОЛОГИЧЕСКОМУ ДЕЙСТВИЮ

1. Повышающие общую резистентность организма: B_1,B _2,B _6,PP, A, C, D – регулируют функциональное состояние ЦНС, обмен веществ и трофику тканей.

2. Антигеморрагические: C, P, K - обеспечивают нормальную проницаемость и резистентность кровеносных сосудов, повышают свертываемость крови.

3. Антианемические: B _12,C, B ₉ - нормализуют и стимулируют кроветворение.

4. Антиинфекционные: A, C, B _1,B _2,B _6,PP - повышают устойчивость организма к инфекциям: стимулируют выработку антител, усиливают защитные свойства эпителия и фагоцитоз, нейтрализуют токсическое действие возбудителя

5. Регулирующие зрение: A, B ₂, C - обеспечивают адаптацию глаза к темноте, повышают остроту зрения, расширяют поле цветного зрения.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИТАМИНОВ

По химическому строению и физико-химическим свойствам (в частности, по растворимости) витамины делят на 2 группы.

А. Водорастворимые

Витамин В₁ (тиамин);
Витамин В₂ (рибофлавин);
Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, витамин В₃);
Пантотеновая кислота (витамин В₅);
Витамин В₆ (пиридоксин);
Биотин (витамин Н);
Фолиевая кислота (витамин В_с, В₉);
Витамин В₁₂ (кобаламин);
Витамин С (аскорбиновая кислота);
Липоевая кислота (витамин N).

Б. Жирорастворимые

Витамин А (ретинол);
Витамин D (холекальциферол);
Витамин Е (токоферол);
Витамин К (филлохинон).

Водорастворимые витамины при их избыточном поступлении в организм, будучи хорошо растворимыми в воде, быстро выводятся из организма.

Жирорастворимые витамины хорошо растворимы в жирах и легко накапливаются в организме при их избыточном поступлении с пищей. Их накопление в организме может вызвать расстройство обмена веществ, называемое гипервитаминозом, и даже гибель организма.

Водорастворимые витамины

Биологические функции.

Никотиновая кислота в организме входит в состав НАД⁺ и НАДФ⁺, выполняющих функцию переноса электронов в процессах, связанных с извлечением энергии из поступающих в организм молекул.

· R = H - НАД⁺

· R = фосфат – НАДФ⁺

НАДФ⁺ образуется из НАД⁺путем фосфорилирования под действием цитоплазматической НАД-киназы:

НАД⁺ + АТФ → НАДФ⁺ + АДФ

Присоединение 2х электронов коферментами НАД⁺или НАДФ⁺:

1. НАД⁺ - кофермент дегидрогеназ, участвующих в реакциях окисления глюкозы, жирных кислот, глицерола, аминокислот после их дезаминирования; является коферментом дегидрогеназ цикла Кребса (кроме сукцинатдегидрогеназы). В этих реакциях кофермент выполняет функцию промежуточного акцептора электронов и протонов.

2.НАД⁺ - мобильный переносчик протонов и электронов в дыхательной цепи митохондрий (от окисляемого субстрата к первому комплексу дыхательной цепи).

3.НАД⁺ - субстрат ДНК-лигазной реакции при синтезе и репарации ДНК, а также субстрат для синтеза поли-АДФ-рибозы в поли-(АДФ)-рибозилировании некоторых ферментов.

4.НАДФН – донор водорода в реакциях синтеза жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов и некоторых других соединений.

5.НАДФН – компонент монооксигеназной цепи микросомального окисления, выполняющий функцию детоксикации антибиотиков и др. чужеродных веществ.

6.НАД⁺и НАДФ⁺ - аллостерические регуляторы ферментов энергетического обмена, в частности, ферментов цикла Кребса, а также раекций синтеза глюкозы (глюконеогенез).

7. НАДН и НАДФН – коферменты реакций (НАДН-оксидазной и НАДФН-оксидазной), способствующих возникновению активных форм кислорода в фагоцитах.

Биологическая роль. Выполняет функцию кофермента, ковалентно соединяясь с Е-аминогруппой лизина в апоферменте. Функцию окислительно-восстановительного центра выполняет внутримолекулярный дисульфидный мостик. Участвует в окислительном декарбоксилировании альфа-аминокислот и бета-окислении жирных кислот.

1. Кофермент в пируват и а-кетоглутарат дегидрогеназных комплексах (реакции окислительного декарбоксилирования пирувата и а-кетоглутарата) – функция переносчика электронов и ацильных групп (СН₃-СО-).

2. Антиоксидантные функции. Устраняет свободные радикалы, образующиеся при окислении пирувата в митохондриях, реактивирует другие антиоксиданты – витамины Е и С, а также тиоредоксин и глутатион (глутатион-SH – трипептид, который как и аскорбиновая кислота – основные водорастворимые антиоксиданты клетки) Защита от перикисной модификации атерогенных липопротеинов низкой плотности (ЛПНП). Совместное действие липоевой кислоты с витаминами Е и С оказывает протективный эффект.

3. Противоопухолевое действие: подавление активации генома, вызванную продуктами свободно-радикального окисления.

4. Повышение утилизации глюкозы под действием липоевой кислоты: увеличивает эффективностьфункционирования мембранного белка-транспортера глюкозы, ингибирует деградацию инсулина, снижает уровень гликозилирования белков крови и применяется для лечения диабета.

Жирорастворимые витамины

1. Витамин А (ретинол) - циклический, ненасыщенный, одноатомный спирт.

Источники: печени крупного рогатого скота и свиней, яичном желтке, молочных продуктах; особенно богат этим витамином рыбий жир. В растительных продуктах (морковь, томаты, перец, салат и др.) содержатся каротиноиды, являющиеся провитаминами А. В слизистой оболочке кишечника и клетках печени содержится специфический фермент каротиндиоксигеназа, превращающий каротиноиды в активную форму витамина А.

· Суточная потребность: 1-2, 5 мг. Обычно активность витамина А в пищевых продуктах выражается в международных единицах; одна международная единица (ME) витамина А эквивалентна 0, 6 мкг β -каротина и 0, 3 мкг витамина А.

Биологические функции витамина А. В организме ретинол превращается в ретиналь и ретиноевую кислоту, участвующие в регуляции ряда функций (в росте и дифференцировке клеток); они также составляют фотохимическую основу акта зрения.

· Наиболее детально изучено участие витамина А в зрительном акте Светочувствительный аппарат глаза - сетчатка. Падающий на сетчатку свет адсорбируется и трансформируется пигментами сетчатки в другую форму энергии. У человека сетчатка содержит 2 типа рецепторных клеток: палочки и колбочки. Первые реагируют на слабое (сумеречное) освещение, а колбочки - на хорошее освещение (дневное зрение). Палочки содержат зрительный пигмент родопсин, а колбочки - йодопсин. Оба пигмента - сложные белки, отличающиеся своей белковой частью. В качестве кофермента оба белка содержат 11-цисретиналь, альдегидное производное витамина А.

· Ретиноевая кислота, подобно стероидным гормонам, взаимодействует с рецепторами в ядре клеток-мишеней. Образовавшийся комплекс связывается с определёнными участками ДНК и стимулирует транскрипцию генов. Белки, образующиеся в результате стимуляции генов под влиянием ретиноевой кислоты, влияют на рост, дифференцировку, репродукцию и эмбриональное развитие.

Основные клинические проявления гиповитаминоза А. Наиболее ранний и характерный признак недостаточности витамина А у людей и экспериментальных животных - нарушение сумеречного зрения (гемералопия, или " куриная" слепота). Специфично для авитаминоза А поражение глазного яблока - ксерофтальмия, т.е. развитие сухости роговой оболочки глаза как следствие закупорки слёзного канала в связи с ороговением эпителия. Это, в свою очередь, приводит к развитию конъюнктивита, отёку, изъязвлению и размягчению роговой оболочки, т.е. к кератомаляции. Ксерофтальмия и кератомаляция при отсутствии соответствующего лечения могут привести к полной потере зрения.

Схема зрительного цикла. 1 - цис-ретиналь в темноте соединяется с белком опсином, образуя родопсин; 2 - под действием кванта света происходит фотоизомеризация 11-цисретинапя в транс-ретиналь; 3 - транс-ретиналь-опсин распадается на транс-ретиналь и опсин; 4 - поскольку пигменты встроены в мембраны светочувствительных клеток сетчатки, это приводит к местной деполяризации мембраны и возникновению нервного импульса, распространяющегося по нервному волокну; 5 - заключительный этап этого процесса - регенерация исходного пигмента. Это происходит при участии ретинальизомеразы через стадии: транс-ретиналь → транс-ретинол → цис-ретинол → цисретиналь; последний вновь соединяется с опсином, образуя родопсин.

Действие ретиноидов в организме. Вещества (названия в рамках) - компоненты пищи.

· У детей и молодых животных при авитаминозе А наблюдают остановку роста костей, кератоз эпителиальных клеток всех органов и, как следствие этого, избыточное ороговение кожи, поражение эпителия ЖКТ, мочеполовой системы и дыхательного аппарата. Прекращение роста костей черепа приводит к повреждению тканей ЦНС, а также к повышению давления спинномозговой жидкости.

Гипервитаминоз А. Возможны симптомы острой интоксикации (рвота, сонливость, головная боль, повышение температуры тела); хронический гипервитаминоз сопровождается болями в суставах и мышцах, головной болью и выпадением волос, кровоточивостью слизистых оболочек, прекращением увеличения массы тела и роста, ломкостью и болезненностью костей, желтизной кожи.

Витамины К (нафтохиноны)

Витамин К существует в нескольких формах в растениях как филлохинон (К₁), в клетках кишечной флоры как менахинон (К₂).

· Источники витамина К - растительные (капуста, шпинат, корнеплоды и фрукты) и животные (печень) продукты. Кроме того, он синтезируется микрофлорой кишечника. Обычно авитаминоз К развивается вследствие нарушения всасывания витамина К в кишечнике, а не в результате его отсутствия в пище.

· Суточная потребность: 100-200 мкг.

Биологическая функция витамина К связана с его участием в процессе свёртывания крови. Он участвует в активации факторов свёртывания крови: протромбина (фактор II), проконвертина (фактор VII), фактора Кристмаса (фактор IX) и фактора Стюарта (фактор X). Эти белковые факторы синтезируются как неактивные предшественники. Один из этапов активации - их карбоксилирование по остаткам глутаминовой кислоты с образованием у-карбоксиглутаминовой кислоты, необходимой для связывания ионов кальция. Витамин К участвует в реакциях карбоксилирования в качестве кофермента.

· Для лечения и предупреждения гиповитаминоза К используют синтетические производные нафтохинона (менадион, викасол, синкавит). Основное проявление авитаминоза К - сильное кровотечение, часто приводящее к шоку и гибели организма.

Это органические соединения, поступающие с пищей. Главное отличие от витаминов – не являются коферментами. Некоторые из них могут синтезироваться в организме, количественная потребность в них обычно более высокая, чем у витаминов.

Биологическая роль.

Особенность полиненасыщенных жирных кислот состоит в том, что их значение в норме и патологии различно. В норме, обязательный структурный компонент клеточных мембран, где происходит депонирование полиненасыщенных жирных кислот в составе мембранных фосфолипидов, понижают вязкость мембраны (делают ее менее жесткой). Холестерин увеличивает жесткость клеточной мембраны. Сбалансированное содержание полиненасыщенных жирных кислот и холестерина обеспечивает нормальное функционирование мембранных рецепторов. При патологии (воспалении) они являются исходными молекулами для синтеза местных гормонов – простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов.

Недостаточность витамина F способствует возникновению камней в почках, гематурии.

3.Витамин В_15. (пангамовая кислота).

Источники: дрожжи, печень, семена растений.

Суточная потребность: не установлена

Биологическая роль. Вызывает активацию клеточного метаболизма, стимулируя внутриклеточные процессы энергообеспечения. В организме является: - источником метильных групп, необходимых в реакциях трансметилирования;

- повышает усвоение кислорода тканями, увеличивает содержание креатинфосфата в мышцах и гликогена в мышцах и печени, устраняет явления гипоксии, в том числе и в миокарде;

- участвует в липидном обмене.

Препараты витамина В₁₅ назначают при жировой инфильтрации печени (липотропное действие), больным атеросклерозом, с хронической коронарной недостаточностью, при различных интоксикациях, в том числе и алкогольной, кожных и венерических заболеваниях.

Таблица. Водорастворимы витамины

Название	Суточная потребность, мг	Коферментная форма	Биологические функции	Характерные признаки авитаминозов
В₁ (тиамин)	2-3	ТДФ	Декарбоксилирование а-кетокислот, перенос активного альдегида (транскетолаза)	Полиневрит
В₂ (рибофлавин)	1, 8-2, 6	FAD FMN	В составе дыхательных ферментов, перенос водорода	Поражение глаз (кератиты, катаракта)
B₅ (пантотеновая кислота)	10-12	KoA-SH	Транспорт ацильных групп	Дистрофические изменения в надпочечниках и нервной ткани
В₆ (пиридоксин)	2-3	ПФ (пиридоксальфосфат)	Обмен аминокислот (трансаминирование, декарбоксилирование)	Повышенная возбудимость нервной системы, дерматиты
PP (ниацин)	15-25	NAD NADP	Акцепторы и переносчики водорода	Симметричный дерматит на открытых участках тела, деменция и диарея
Н (биотин)	0, 01-0, 02	Биотин	Фиксация СО₂, реакции карбоксилирования (например, пирувата и ацетил-КоА)	Дерматиты, сопровождающиеся усиленной деятельностью сальных желёз
В_c (фолиевая кислота)	0, 05-0, 4	Тетрагидро-фолиевая кислота	Транспорт одноуглеродных групп	Нарушения кроветворения (анемия, лейкопении)
В₁₂ (кобаламин)	0, 001-0, 002	Дезоксиаденозил-и метилкобаламин	Транспорт метальных групп	Макроцитарная анемия
С (аскорбиновая кислота)	50-75		Гидроксилирование пролина, лизина (синтез коллагена), антиоксидант	Кровоточивость дёсен, расшатывание зубов, подкожные кровоизлияния, отёки
Р (рутин)	Не установлена		Вместе с витамином С участвует в окислительно-восстановительных процессах, тормозит действие гиалуронидазы	Кровоточивость дёсен и точечные кровоизлияния

Таблица. Жирорастворимые витамины

Название	Суточная потребность, мг	Биологические функции	Характерные признаки авитаминозов
А (ретинол)	1-2, 5	Участвует в акте зрения, регулирует рост и дифференцировку клеток	Гемералопия (куриная слепота), ксерофтальмия, кератомаляция, кератоз эпителиальных клеток
D (кальциферол)	0, 012-0, 025	Регуляция обмена фосфора и кальция в организме	Рахит
Е (токоферол)		Антиоксидант; регулирует интенсивность свободнорадикальных реакций в клетке	Недостаточно изучены; известно положительное влияние на развитие беременности и при лечении бесплодия
К (нафтохинон)	1-2	Участвует в активации факторов свёртывания крови: II, VII, IX, XI	Нарушение свёртывающей системы крови