Химическая природа и свойства витаминов А

Витамины

Витаминами называется группа органический соединений разнообразной химической природы, жизненно необходимых для нормальной деятельности животных организмов и человека. Эти соединения присутствуют в пище, в ничтожно малых количествах по сравнению с основными питательными веществами – белками, жирами и углеводами.

Впервые на важную роль этих соединений указал русский ученый Н.И. Лунин. В 1881 г. В опытах на мышах он установил, что искусственно составленная для них диета из беков, жиров, углеводов и минеральных солей в тех же пропорциях, что и в естественном продукте - молоке, приводила мышей к гибели, в то время как контрольная группа мышей, питавшихся молоком, развивалась нормально. Н.И. Лунин сделал вывод, что в естественных продуктах питания содержатся какие-то дополнительные вещества, необходимые для нормальной жизни животных. Эти вещества вначале получили названия добавочных факторов питания, позднее – витаминов.

Потребность в различных витаминах в разные моменты жизни организма неодинакова, поэтому это необходимо учитывать при составлении пищевых рационов. В России создана большая сеть лаборатории и институтов, занимающихся изучением содержания витаминов в различных пищевых продуктах и их значения для организма. В аптечных учреждениях витамины являются одним из важнейших лекарственных средств, широко рекомендуемых врачами для лечения многочисленных заболеваний. Специалисту стоматологу необходимо знать не только химическую природу витаминов, но их биологическую роль в организме, а также суточную потребность.

Жирорастворимые витамины

Буквен-ные обозна-яения	Номенклатура	Признаки авитаминоза	Потребность для взрослого	Пищевые источники
Химичекая	Физиологи-ческая
A	Ретинол	Антиксе-рофтальмический	Ослабление зрения в темноте	2.5 мг	Жиры животного происхождения
D	Кальци-ферол	Антирахити-ческий	Ослабления костного скелета	0, 025 мг.	Жиры и желток яиц
E	Токофе-рол	Антистери-льный	Мышечная дистрофия	50 мг.	То же
K	Филлохинон	Антигемор-рагический	Ускорение свертывание крови	10 мг.	Растения, печень животных
Q	Убихинон	Транспорт электронов	Снижение биологического окисления	_	Ткани животных
F	Эссен-циальные нена-сыщен. жирные кислоты	Антисклеро-тический биосинтез фосфатидов	Атеросклероз	100 мг.	Семена растений

Витамины, растворимые в жирах, ускоряют обменные процессы, повышают устойчивость организма у неблагоприятным факторам, усиливают процессы биологического окисления ( витамин Q), повышают свертываемость крови (витамин K ), повышают остроту зрения (витамин A ), способствуют нормальному отложению солей кальция фосфора в костях ( витамин D ), способствуют нормальной трофике в мышечной ткани ( витамин E ), препятствуют атеросклерозу ( витамин F).

Роль каждого из витаминов, растворимых в жирах, рассмотрим далее.

Витамин А

( Ретинол, антиксерофтальмический)

Витамин A по своей химической структуре близок к каротинам, открытым в растениях еще в 1831 г. Немецким ученым Вакенродером. Эмпирическая формула C20 H39 OH. Химическая формула витамина A была установлена швейцарским химиком Каррером.

Витамин А имеет большое значение в жизнедеятельности организма животных и человека. При недостатке в пище витамина А наступает нарушение обмена веществ, вследствие чего замедляется рост и наблюдается потеря падения массы, особенно у растущих организмов. Витамин А назывался раньше витамином роста, но впоследствии оказалось, что недостаток в пище и других витаминов отражается на росте, и на развитии организма. Это неспецифические признаки авитаминоза.

Специфическими признаками недостатка витамина А являются поражения глаз – ксерофтальмия (сухость глаз) и кератомаляция ( размягчение роговицы глаа). Эти факты впервые экспериментально установили в опытах на крысах Осборн и Мендель в 1913г.

Химическая природа и свойства витаминов А

Витамин А представляет собой бледно- желтые кристаллы игольчатой формы, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в метиловом спирте, хлороформе, ацетоне, бензине и петролейном эфире.Оптической активностью не обладают. При действии света быстро разрушаются. Имея свободную спиртовую группу, витамин А легко вступает в реакцию с уксусной кислотой с образованием сложного эфира – ацетата витамина А.

Сложный эфир витамина А более устойчив, чем свободный витамин, и более активен в биологическом отношении. Хлороформный раствор витамина А дает спектр поглощения в области 328 нм, в присутствии же треххлористой сурьмы витамин А дает синее окрашивание со спектром поглощения 620 нм.

Витамин А получают из печени морских животных и некоторых рыб. Витамин А, содержащийся в жире, полученном из печени трески, назван витамином А1, а содержащийся в жире, полученном из печени пресноводных рыб, - витамином А2.

Биологическое действие витамина А

Как выяснилось витамин А тесно связан с химическими процессами, протекающими в сетчатке глаза.

Используя метод люминесцентной микроскопии, О.А. Петровская в 1952 г. Обнаружила витамин А в палочках сетчатки глаза.

Из сетчатки глаза удалось получить каротиноид, которому дали название ратинен ( retina – сетчатка ). Как оказалось, ретинен является альдегидом витамина А и правильнее ретинен называть ретиналем. В сетчатке глаза он находится не в свободном состоянии, а в комплексе с белком опсином, образуя зрительный пигмент, называемый родопсином.

Фоторецепторы превращают световую энергию в энергию нервных импульсов. Молекулярная организация рецепторов такова, что она обеспечивает вероятность попадания фотона в чувствительную молекулу – родопсин.

У пресноводных рыб в сетчатке глаза содержится зрительный пигмент, названный профиропсином. В отличие от родопсина он содержит витамин А2.

О механизме действия витамина А

Витамин А проявляет многогранное влияние на организм. При его недостатке происходит нарушение биосинтеза белка, гибель потомства. В 1970 г. было установлено влияние витамина А на синтез протеина. Полагают, что он имеет прямое отношение к транскрипции - процессу биосинтеза и РНК. Недостаток витамина А приводит к снижению интенсивности синтеза альбумина в ткани печени. В составе клеточных мембран эндоплазматического ретикулума было найдено определенное количество витамина А, при этом витамин находится в виде эфире с пальмитиновой кислотой. Особенно много витамина А в слизистой оболочке тонкого кишечника.

Между витамином А и гормоном щитовидной железы тироксином существует антагонистические отношения Удаление щитовидной железы у животных приводит к большому накоплению витамина А в тканях. По-видимому тироксин ускоряет биологическое окисление витамина А.

Витамин D

(антирахитический(кальциферол))

Еще в середине 17 века английский врач Глиссон описал болезнь, которая была распространена среди детей, проживающих в Лондоне. При этом заболевании поражалась костная ткань, в результате чего наступала деформация трубчатых костей, костей черепа и др. У маленьких детей в местах сращения ребер с грудиной вследствие неправильного окостенения образуются бугорки, которые легко прощупываются в виде четок. У детей, страдающих этим заболеванием, грудь сдавлена с боков и напоминает куриную.

( Авитаминоз D, рахит)

Метаболиты витамина D

В настоящее время установлено, что между кишечником, печенью, почками и костной тканью существуют определенные взаимоотношения, способствующие нормальному процессу отложения фосфорно-кальциевых солей в костной ткани. Из кишечника витамин D3 поступает в печень и при участии специфических ферментов ---гидроксилаз ---превращается в метаболит 25- OHD3, который током крови переносится в почки. Здесь происходит его дальнейшее превращение в метаболит 1, 25- OHD3, который способствует усиленной реабсорбции фосфатов. В почечных канальцах образуется фосфорно-кальциевая соль, которая током крови проносится в костную ткань, где эта соль используется для минерализации костной ткани.

Депо витамина D3 является жировая ткань, слизистая оболочка тонкого кишечника, около 40% витамина депонируется в костной ткани. При помощи меченого витамина установлено, что костной ткани витамин необходим не только для минерализации, но и для синтеза органической матрицы костной ткани. Витамин D способствует и биосинтезу лимонной кислоты, которая взаимодействует и биосинтезу лимонной кислоты, которая взаимодействуя с кальцием, образует лимоннокислый кальций, являющийся составной частью костной ткани. Витамин Dспособствует и биосинтезу лимонной кислоты, которая, взаимодействует с кальцием, образует лимоннокислый кальций, являвшийся составной частью костной ткани.

Гипервитасиноз D

Избыточное потребление витамина D приводит к патологическим явлениям, выражающимся в отложении кальция в почках, печени, сердце, в стенках сосудов и других органах. Наблюдается также атрофия щитовидной железы и семенников, наступает резкое снижение активности фосфатазы. Гипервитаминоз отрицательно отражается на жизнедеятельности потомства. Первоначальное симптомы гипервитаминоза у человека выражаются в виде жажды, потери аппетита и рвоты.

Поступление витамина D в больших дозах приводит к усиленному процессу перекисного окисления липидных мембран м нарушением их структуры и функциональной активности, образованием токсических перекисей липидов и свободных радикалов. В связи с этим целесообразно в лечебных целях применять антиоксиданты – витамины E и др.

Кроме того, большие дозы витамина D оказывают тератогенное действие, поэтому применение таких доз витамина D требует осторожности.

Применение витамина D

В качестве лечебного препарата применяется рыбий жир, богатый витамином D3, холекальциферолом, который хорошо усваивается. Натуральный рыбий жир содержит в 1 г 30 ME витамина D3; а витаминизированный – в 5 раз больше, т.е.150 ME. В лечебной практике используются масляный, спиртовый и водный растворы витамина D2 и D3, а также в виде драже в дозах от 12, 5 до 25 мгк.

Витамин E – антистерильный

(токоферол)

Витамин E был открыт Ивансом в 1921 г. В опятах на крысах, которые получали синтетическую пищу, состоявшую из 54% кукурузного крахмала, 18% казеина, 15% свиного сала, 9% сливочного масла, 4 % солевой смеси и 5 % сухих пивных дрожжей, Иванс установил, что животные теряли способность к донашиванию плода. Добавление к диете рыбьего жира, сока апельсинов, сухих дрожжей не давала положительных результатов. Однако добавление большого количества сливочного масла восстанавливало нормальную плодовитость крыс. Аналогичное положительное действие оказывали и листья салата. Добавочный новый пищевой фактор Мур назвал витамином E – витамином размножения, так как он способствует фиксация оплодотворенного яйца и плод развивается нормально.

В 1936 г. Ивансу удалось выделить из зародышевой части зерен пшеницы вещество, обладающее Е - витаминной активностью. После гидролиза этого вещества появляется свободной витамин E который получил название а-токоферола ( tocos - потомство, phero –несу)

Применение витамина Е

Витамин Е находит широкое применение в лечебной практике при дегенеративных и воспитательных изменениях в сетчатке глаза. В отношении использования этого витамина для борьбы с бесплодием у человека имеются весьма разноречивые данные.

Витамином Е богаты масло из зародышей зерен пшеницы. В 1 мл содержится 3 мг витамина. В последнее время в качестве источника витамина Е используют масло облепихи.

Антагонисты витамина

К числу антагонистов витамина Е относятся химические вещества самой различной природы: пиридин, четыреххлористый углерод, сульфаниламидные препараты и насыщенные жирные кислоты.

Витамин К

(филлохинон, антигеморрагический)

Датский ученый Дам в 1929г. впервые заметил в опытах на цыплятах, что искусственная диета, состоящая из 66% крахмала. 18% казеина, 4, 5% солевой смеси, 2, 5 клетчатки и содержащая витамины группа В ( экстракт из дрожжей), витамины А и D (рыбий жир), приводила к появлению кровоточивости в кишечнике и кровоизлияния в мышцах, подкожной клетчатке и в мозге. Замена в этой диете крахмала смесью злаков предохраняла цыплят от кровоизлияния. Фактор, необходимый для предупреждения кровоизлияния у цыплят, имеет отношение к свертыванию крови, за что этот фактор был назван витамином К ( коагуляционный фактор). Витамин К содержится в зеленых частях растений, особенно много его в листьях люцерны. Витамин К был выделен также из продуктов животного происхождения, в частности из гниющей рыбной муки, и был назван витамином К2. В свежей рыбной муке витамин К2 не содержится.

(Авитаминоз К. Судорожное состояние в связи с внутричерепными кровоизлиянием у новорожденного)

Применение витамина К

Витамин К в лечебной практике назначают внутрь в виде порошка и таблеток, а для инъекции используют 0, 3% раствор. Эмульсия, содержащая 20 мг витамина К в 1 мл, введенная в организм, полностью восстанавливает содержание протромбина в крови в течение 24 ч. Водорастворимый препарат – бисульфитное производное витамина К – викасол используется в таблетках, содержащих по 10-15 мг препарата. Человеку требуется 10 мг в день натурального витамина К.

Антивитамины К

М.Д.Машковский обнаружил, что дикумарин понижает прочность капилляров и вызывает мелкие кровоизлияния, а Б.А. Кудряшлв показал, что введение 0, 5 мг и дикумарина снижает прочность капилляров на 35%. Введение 15-20 мг викасола снимало это вредное действие дикумарина. Естественным антикоагулянтом, т.е. антагонистом витамина К, является гепарин – гетерополисахарид, вырабатываемый в ткани печени и легких, который задерживает процесс превращения протромбина в тромбин и тем самым способствует замедлению свертывания крови.

Таким образом, дикумарин и гепарин являются антикиагулянтами и находят широкое применение в практике при повышенной свертываемости крови, которая нередко приводит к возникновению инфарктов вследствие образования тромбов. Дикумарин окисляется в тканях и выводится с мочой в виде эфиров глюкуроновой кислоты – глюкуронидов.

Витамин F

(полиненасыщенные жирные кислоты)

В последние годы было установлено, что отсутствие в пище человека растительных масел приводит к нарушению обмена липидов – к избыточному отложению холестерина в стенках кровеносных сосудов. Оказалось, что содержащиеся в растительных маслах ненасыщенные жирные кислоты с 18 и 20 атомами углерода крайне необходимы для процессов обмена липидов, в частности холестерина.

Применение витамина F

В медецинской практике для предотвращения атеросклероза применяют линетол – препарат, содержащий эфиры линолевой, линоленовой и арахидоновой кислот, а при лучевых и ожоговых поражениях кожи – наружно. Витамин F получают из льняного и подсолнечного масла, в котором содержится ~1000мг витамина F.

Убихинон. Витамин Q

В 1955 г. из жира животных был выделен липорастворимый фактор, получивший название липовитамина Q или убихинона. Особенно много его содержится в мембранах митохондрий. По химической природе он является производным хинона, у которого в кольце содержатся две метоксильные группы, а в боковой цепи – изопреновая группировка, состоящая из 6-10 изопреновых частиц.

Убихонон играет важную роль в процессах биологического окисления. Наличие в его молекуле карбонильных групп дает возможность принимать участие в процессах переноса протонов и электронов. Осуществляется этот процесс в митохондриях, являющихся энергетическими «подстанциями» клеток. Особенно много убихонона в сердечной мышце, так как сердце выполняет огромную работу, для которой нужна энергия. Об участии этого витамина в тканевом дыхании.

Водорастворимые витамины

К водорастворимым витамином относятся витамины групп В ( В1, В2, В3, В 4, В5, В6, В12, В13, В 16 ) и витамины C, P, H, U и др.

Витамин В1

(тиамин, антиневритический)

Еще в конце прошлого века было установлено, что питание преимущественно очищенным рисом приводит к болезни( бери-бери), характеризующейся поражением центральной и периферической нервной системы. Как оказалос, причиной такого состояния является отсутствие в пище вещества, находящегося в оболочке рисового зерна, так как добавление в пищу рисовых отрудей предупреждало возникновение болезни. В 1912 г. польский ученый Функ выделил из отрубей риса препарат, 9, 4 мг которого было достаточно для излечения полиневрита у голубей.

Антивитамины В1

В 1944 г. в СССР было синтезировано соединение окситиамин, близкое по структуре в витамину в1, но отличающееся от него тем, что вместе аминогруппы в; -м положении имеется оксигруппа.

Витамин В2

Витамин В2 относится к витаминам группы В. Характерными признаками недостаточности витамина В2 в пище являются ангулярный стоматит и себорея лица, интерстициальный кератит, васкуляризация глаза, мышечная слабость и другие симптомы. Шелушение кожи чаще всего наблюдается в углах глаз, рта и на мочках ушей. Совокупность этих симптомов называют арибофлавинозом. В 1933г. Кун выделиил этот витамин из сыворотки молока и дал ему название лактофлавина.несколько позже этот витамин был выделен из печени, дрожжей, цветов одуванчика, солода и др.

В 1935 г. Каррер синтезировал ряд производных лактофлавина, из которых 6, 7-диметил-изоаллоксазин оказался вполне идентичным по своим биологическим и физическим свойствам витамину В2, выделенному из естественных продуктов.

Антивитамин В2

Если в молекуле витамина В2 заменить метильные группы в положении 6 и7 на атомы хлора, т.е. получить 6, 7-дихлоррибофлавин, то это вещество будет обладать антивитаминными свойствами. Аналогичными функциями обладает люмифлавин – соединение, в котором остаток спирта рибитола замещен метильной группой. Оба эти вещества являются структурными аналогами витамина В2 и конкурируют с ним за соединение с белком, но комплекс белка с антивитамином не обладает биологической активностью.

Витамин В3

В 1933г. Уильямс выделил из рисовых отрубей, а в 1939 г.из печени животных вещество кислого характера. Это вещество широко распространено как в животных, так и в растительных организмах, за что оно получило название пантотеновой кислоты.

Недостаточность в организме пантотеновой кислоты выражается в повреждении кожи, шерсти или перьев, в дегенеративных изменениях в миелиновых оболочках спинного мозга и задних корешков, вследствие чего нарушается координация движений. При недостаточности пантотеновой кислоты наблюдаются морфологические изменения в надпочечниках; признаками авитаминоза В3 являются жгучая боль в пальцах ног и подошвах, потеря волос, отмечается пониженное образование антител.

Витамин В5

Еще в 18 веке было известно заболевание кожи, которая становилась шершавой, а на открытых местах приобретала темную окраску. На открытых участках шеи. Кистей и на лице пигментация располагалась симметрично.

Это заболевание получило название пеллагры.

Болезнь была распространена там, где население питалось преимущественно кукурузой ( Испания, Италия, Румыния). Считали. Что болезнь вызывается интоксикацией. Однако в 1914г. Функ высказал предположение, что возникновение этого заболевание зависит от отсутствия в пище какого-то витамина. Это предположение подтвердилось, так как эту болезнь можно было излечить добавлением к пище дрожжец и молока.

Из печени также был выделен препарат, предупреждающий возникновение пеллагры.

Антивитамины РР

Исследованиями было установлено, что пиридин-3-сульфоновая кислота (1), 3-ацетилпиридин (2) и а-пиколиновая кислота (3), хотя и близки по структуре к никотиновой кислоте и ее амиду, но витаминными свойствами не обладают.

Применение витамина РР

Никотиновая кислота оказывает сосудорасширяющее и детоксицирующее действие, особенно при введении сульфаниламидных препаратов. Благоприятно действует она и при заболеваниях печена, спазмах сосудов, особенно головного мозга. Никотиновая кислота выпускается в порошке, драже, а также для внутримышечных и внутривенных инъекций в ампулах. При лечении пеллагры применяют большие дозы(100-200 мг) никотиновой кислоты.

ВИТАМИН В6

(пиридоксол; антидерматитный)

В 1926 г. Гольдбергер в опытах на крысах, кормленных искусственно составленной диетой, обнаружил явление дерматита(воспаление кожи), который не излечивался ни витамином В1, ни витамином В2, но хорошо поддавался лечению при добавлении к пище дрожжей. На основании этого им был сделан вывод, что в дрожжах содержится еще какой-то витамин, крайне необходимый для нормальной жизни крыс. Его назвали «крысиный» фактор. Позже было доказано, что этот витамин так же необходим для нормальной жизни других животных и человека.

В 1937-1939 гг. из дрожжей было выделено вещество и определена его природа. Он был назван витамином В6.

Витамин H

(биотин, антисеборейный)

В начале 20 века было установлено, что для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходим дополнительный фактор. Впоследствии оказалось, что этот фактор нужен не только микробам, но всем видам живых существ, включая и человека. В 1936г. этот фактор был выделен из желтка куриных яиц, а в 1942г. Дю Виньо установил его строение. Оказалось, что в его молекуле, кроме углерода водорода, кислорода и азота, содержится сера. Поэтому он и получил название биотин.

В связи с тем, что при недостатке этого витамина возникают заболевания кожи – дерматит, экзема, себорея ему было дано второе название – витамин H и еще одно название антисеборейный.

Витамин С

(аскорбиновая кислот, антискорбутный)

Еще в 1820г. австралийский врач Крамер описал заболевание, при котором наблюдалось кровотечение из десен, экзема кожи, быстрая утомляемость и сердечная слабость.

Эта болезнь получила название скорбута или цинги. Заболевание быстро проходило, если больные употребляли свежие фрукты и овощи, особенно соки лимонов и апельсинов.

В 1907 г. Хольсту и Фрейлиху удалось воспроизвести это заболевание на морских свинках, используя диету, не содержащую свежих овощей. Н. Бессонов в 1921г. получил из капустного сока препарат, обладающий окислительно-восстановительными свойствами и предохраняющий от цинги. Значительно позже в 1927- 1928гг. венгерский ученый Сент-Дьердьи выделил из коры надпочечников вещество, которое обладало сильными восстановительными свойствами и по своей природе являлось гексурновой кислотой. Это соединение предохраняло от заболевания скорбутом, за что и получило название аскорбиновой кислоты.

Витамин Р

(флавон, цитрин, рутин )

В 1936г. Сент-Дьердьи на основании своих исследований пришел в к выводу о наличии в растительных продуктах, кроме аскорбиновой кислоты, еще какого-то фактора, отсутствие которого приводит к кровоточивости вследствие повышения проницаемости капилляров. Чистая аскорбиновая кислота не предохраняла от кровоточивости, но сок из лимонов и экстракт из венгерского красного перца восстанавливали устойчивость капилляров. Новый фактор был назван автором фактором проницаемости, или витамином Р. Так как этот витамин содержится в значительных количествах в цитрусовых, то его называют также цитроном. В настоящее время в группу витамина З относят и рутин.

Биосинтез витамина Р

Биосинтез витамина Р осуществляется в высших растениях, особенно интенсивно протекает этот процесс в плодах цитрусовых – лимонах и апельсинах. Синтез рутина происходит и в листьях гречихи, чайного куста, из которого в настоящее время рутин и добывают. Важную роль в биосинтезе играют микроэлементы, особенно соли никеля, молибдена и алюминия. Витаминном Р богат красный перец, черная смородина и плоды шиповника.

Применение витамина Р

Витамин Р (цитрин, рутин) применяют не только как средство профилактики против кровоточивости капилляров, его назначают как хорошее лечебное средство при ревматизме, полиартритах в дозе 50-100мг.

Витаминоподобные вещества

В последнее время выделены вещества, обладающие витаминоподобными действием. В эту группу включают оротовую кислоту(витамин В13), пангамовую кислоту (витамин В15), холин, карнитин, метилметионин( витамин U). В эту группу они отнесены потому, что их отсутствие не дает характерной картины внешнего проявления авитаминоза. Кроме того, они синтезируются в тканях животного и человека, но их недостаточное образование ведет к нарушению обмена веществ.

Витамин В13

В 1947году было установлено, что крысам и цыплятам для нормального роста и развития требуется неизвестный в то время фактор, относящийся к витаминам группы В. Этот фактор получил название витамина В13. ОН содержится в молочной сыворотке и по своим свойствам близок к пиримидинам, входящим в состав нуклеиновых кислот.

Витамин В15

(пангамовая кислота; антианоксический фактор)

В 1950г. Томияма выдели из печени рогатого скота дополнительный фактор и назвал его витамином В15. Через год Кребс выделил это вещество из печени лошади, рисовых отрубей, дрожжей и косточек абрикосов. Несколько позже это вещество было получено из пивных дрожжей, семян многих растений и тканей животных. Так как этот витамин широко распространен, то он был назван пангамовой кисллотой.