Витамин А (ретинол), антиксерофтальмический, витамин роста

Химическое строение и свойства. Витамин А был открыт в 1940 г. и назван фактором роста, так как с его удалением при экстракции корма грызунов жирорастворителями наблюдалась остановка роста и гибель мышей-отъемышей.

Жирорастворимый витамин А представляет собой циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий из β–иононового кольца и боковой цепи из двух остатков изопрена и первичной спиртовой группы.

Спиртовая форма витамина А, ретинол, в организме окисляется до ретиналя (альдегид витамина А) и ретиноевой кислоты (вместо спиртовой группы образуется карбоксильная). Депонируется витамин А в печени в форме эфиров пальмитиновой и уксусной кислот (ретинилпальмитата и ретинилацетата), а также в виде ретинилфосфата.

Метаболизм. Витамин А может образовываться в слизистой кишечника и печени из провитаминов – α-, β- и γ-каротинов под воздействием каротиноксигеназы. Наибольшей активностью обладает β-каротин (из него образуется две молекулы ретинола, из других – по одной).

Всасывание витамина и его провитаминов происходит в составе мицелл, затем в энтероцитах они включаются в состав хиломикронов. В крови витамин А связывается с ретинолсвязывающим белком (один из белков фракции α₁-глобулинов), который обеспечивает растворимость ретинола, защиту его от окисления, транспорт и доставку в различные ткани. В сетчатке глаза ретинол превращается в ретиналь, в печени – в ретиналь и затем в ретиноевую кислоту, которая выводится с желчью в виде глюкуронидов.

Биохимические функции. Роль витамина А заключается в следующем:

1) ретинол является структурным компонентом клеточных мембран;

2) регулирует рост и дифференцировку клеток эмбриона и молодого организма, а также деление и дифференцировку быстро пролиферирующих тканей, в первую очередь, эпителиальных, хряща и костной ткани. Он контролирует синтез белков цитоскелета, реакции распада и синтеза гликопротеинов. Синтез последних осуществляется в аппарате Гольджи. Недостаток витамина А приводит к нарушению синтеза гликопротеинов, что проявляется потерей защитных свойств слизистых оболочек;

3) участвует в фотохимическом акте зрения;

4) является важнейшим компонентом антиоксидантной защиты организма;

5) витамин А и ретиноиды стимулируют реакции клеточного иммунитета, в частности увеличивают активность Т-киллеров;

6) витамин А является антиканцерогеном, так как при его недостатке в организме увеличивается заболеваемость раком легкого и раком других локализаций.

Рассмотрим подробнее некоторые аспекты действия витамина А.

Участие витамина А в процессе зрения. В сетчатке глаза имеются специализированные фоторецепторные клетки двух типов – палочки и колбочки. Наибольшей светочувствительностью обладают палочки, колбочки обеспечивают цветовое зрение. Наружные сегменты палочек содержат уплощенные замкнутые мембранные пузырьки – диски, уложенные в стопку. Диски богаты белком опсином. Опсин способен связываться с 11- цис -ретиналем, образуя пигмент пурпурно-красного цвета родопсин. Механизм образования зрительного сигнала достаточно хорошо изучен (см. рис.3.2).

1. Квант света стимулирует мембранные рецепторы наружного сегмента палочек сетчатки (родопсин).

2. Абсорбция света родопсином изомеризует цис -связь в 11- цис -ретинале в транс -связь. Такая транс -структура называется батородопсином (ативированным родопсином). Транс -ретиналь имеет бледно-желтый оттенок, следовательно, при освещении родопсин обесцвечивается.

3. При освобождении протона из батородопсина образуется метародопсин II, гидролитический распад которого дает опсин и транс -ретиналь. Фотохимическая цепь в батородопсине (т.е. транс -ретиналь) служит для активации G-белка, называемого трансдуцином. Трансдуцин активируется молекулой ГТФ.

4. Комплекс трансдуцин-ГДФ активирует специфическую фосфодиэстеразу, последняя расщепляет цГМФ.

5. ГМФ стимулирует каскад событий, генерализующих зрительный сигнал в мозге: перекрытие Na ⁺- K ⁺-каналов деполяризация мембраны возникновение электрического импульса преобразование импульса в зрительное восприятие в мозге.

Образование цис -ретиналя из транс -формы, катализируемое ретинальизомеразой, является медленным процессом, протекающим на свету. Цис -ретиналь связывается с опсином и образуется родопсин. В темноте синтез родопсина максимален. Однако нужно отметить,

Рис.3.2. Механизм возникновения зрительного сигнала

что синтез цис -ретиналя лишь частично протекает в сетчатке глаза, основное место его образования – печень. Кроме того, в сетчатке под действием специфической дегидрогеназы транс -ретиналь (альгид) превращается в транс -ретинол (спирт), который поступает в кровь, где соединяется с ретинолсвязывающим белком плазмы. Таким способом он доставляется в печень. В печени ретинолизомераза превращает транс -ретинол в цис -ретинол, последний с помощью НАД⁺-зависимой дегидрогеназы окисляется в цис -ретиналь, который также поступает в кровь. Этот комплекс улавливается пигментным эпителием сетчатки, и цис -ретиналь уже без участия ферментов связывается с опсином. Отсутствие регенерации родопсина приводит к слепоте в сумерках.

Участие витамина А в антиоксидантной защите организма. Благодаря наличию сопряженных двойных связей в молекуле ретинол способен взаимодействавать со свободными радикалами различных типов, в том числе и со свободными радикалами кислорода. Эта важнейшая особенность витамина позволяют считать его эффективным антиоксидантом.

Антиоксидантное действие ретинола проявляется также в том, что он значительно усиливает антиоксидантное действие витамина Е. Вместе с токоферолом и витамином С он активирует включение Se в состав глутатионпероксидазы (фермента, обезвреживающего перекиси липидов). Витамин А способствует поддержанию SH-групп в восстановленном состоянии (SH-группам многообразного класса соединений также присуща антиоксидантная функция). В частности, препятствуя окислению SH-содержаших белков и образованию в них поперечных S-S- сшивок в составе кератина, ретинол тем самым препятствует кератинизации эпителия (усиление кератинизации кожи приводит к усиленному слущиванию эпителия, развитию дерматита и ее раннему старению).

Однако витамин А может проявлять себя и как прооксидант, так как он легко окисляется кислородом с образованием высокотоксичных перекисных продуктов. Полагают, что симптомы гипервитаминоза А как раз и обусловлены его прооксидантным действием на биомембраны, особенно усиливается процесс ПОЛ в лизосомных мембранах, к которым витамин А проявляет выраженную тропность. Витамин Е, предохраняя ненасыщенные двойные связи ретинола от окисления и образования вследствие этого свободнорадикальных продуктов самого ретинола, тем самым препятствует проявлению его прооксидантных свойств. Необходимо отметить и синергичную с токоферолом роль аскорбиновой кислоты в данных процессах.

В настоящее время большое внимание в мировой литературе уделяется производным витамина А – ретиноидам. Полагают, что их механизм действия сходен со стероидными гормонами. Специфические рецепторные белки в клеточных ядрах связывают ретиноиды и возникающий комплекс взаимодействует с участками ДНК, которые контролируют транскрипцию специальных генов. Идентификация этих генов служит предметом активного научного поиска.

Гиповитаминоз. Наиболее ранним симптомам недостаточности витамина А является «куриная слепота» - резкое снижение темновой адаптации. Характерным является поражение эпителиальных тканей: кожи (фолликулярный гиперкератоз), слизистых оболочек кишечника (вплоть до развития язв), бронхов (частые бронхиты), мочеполовой системы (легкое инфицирование).

Дерматиты сопровождаются патологической пролиферацией, кератинизацией и слущиванием эпителия. Десквамация эпителия слезных каналов может приводить к их закупорке и уменьшению смачивания роговицы глаза слезной жидкостью – она высыхает (ксерофтальмия) и размягчается (кератомаляция) с образованием язв и «бельма». Поражение роговицы может развиваться очень быстро, так как нарушение защитных свойств эпителия приводит к присоединению вторичной инфекции.

Витамин А называется также витамином роста. Особенно демонстративно отставание в росте и гибель животного при недостатке ретинола прослеживаются у хищников, которые не способны синтезировать этот витамин из каротинов.

В качестве эффективного антиоксиданта витамин А защищает организм от “пероксидного стресса” – важнейшего патогенетического звена многих тяжелых заболеваний.