Тема 2. Витамины. Лекция 2

 

Вопрос 1. Витамины. Общая характеристика. Классификация.

Вопрос 2. Водорастворимые витамины: строение, биологическая активность, свойства, методы получения.

Вопрос 3. Жирорастворимые витамины: строение, биологическая активность, свойства, методы получения.

Вопрос 4. Методы определения витаминов.

Вопрос 1. Витамины – это низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, являющиеся биорегуляторами процессов, протекающих в живом организме. В связи с отсутствием механизмов биосинтеза витаминов в организме или их ограниченностью (малая скорость) они должны ежедневно поступать с пищей в малых количествах от нескольких мкг до нескольких мг в сутки (за исключением витамина Д, который может синтезироваться в коже человека под действием УФ-лучей). В отличие от других незаменимых факторов питания витамины не являются пластическим материалом (не включатся в структуру тканей) и источником энергии, а исключительно используются организмом в основном в обмене веществ как биокатализаторы (почти все водорастворимые витамины, а также жирорастворимый витамин К, являются кофакторами или коферментами биологических катализаторов – ферментов). Стоит отметить, что для разного рода живых существ одно и то же вещество может либо являться, либо не являться витамином. Например, аскорбиновая кислота является витамином для человека, а вот крысы или собаки не нуждаются в ней, поскольку она может синтезироваться в их организмах.

Исторический очерк. Людям еще с глубокой древности было известно, что отсутствие некоторых продуктов питания в пищевом рационе может быть причиной заболевания (бери-бери, куриная слепота, цинга, рахит). Но только в 1880 году русским ученым Николаем Ивановичем Луниным была экспериментально доказана в опытах на мышах необходимость неизвестных компонентов пищи (то есть не только белков, углеводов, жиров и минеральных веществ) для нормального функционирования организма. Название же витамины получили по предложению польского биохимика К.Функа. В 1912 году он выделил из рисовых отрубей вещество (витамин В₁), предохраняющее от заболевания бери-бери и назвал его витамин от слов Vita - жизнь (лат.) и амин, поскольку соединение содержало аминогруппу.

Классификация. Основана на их растворимости в воде или неполярных органических растворителях, либо химическом строении.

Согласно первой различают:

- водорастворимые – витамины группы В, Н, С, РР;

- жирораствоимые – витамины А, Д, Е и К.

По своей химической структуре витамины многообразны и являются производными ненасыщенных γ-лактонов, β-аминокислот, амидов кислот, циклогексана, нафтохинона, имидазола, пиридина, пиримидина, пиролла, бензопирана, тиазола, изоаллоксазила и других циклических систем. Согласно химической классификации витамины делят на:

- витамины алифатического ряда – С, В₃;

- витамины алициклического ряда – А и Д;

- витамины ароматического ряда – К;

- витамины гетероциклического ряда – Е, РР, В₁, В₂, В₆, В₁₂, Н, В₉.

Помимо витаминов различают также витаминоподобные соединения - группу разнообразных химических веществ, частично синтезируемых организмом и обладающих свойствами витаминов. К ним относят холин (витамин В₄), липоевая кислота, пангамовая кислота (витамин В₁₅), оротовая кислота (витамин В₁₃), инозит (витамин Н₃), убихинон, парааминобензойная кислота (витамин Н₁), карнитин, линолевая и линоленовая кислоты, витамин U, биофлавоноиды (витамин Р) и пр.

В отдельных продуктах содержаться провитамины – соединения способные превращаться в организме человека в витамины (каротиноиды, стерины, производные нафтохинона, никотиновая кислота).

Обеспечение организма витаминами. При нормальном питании суточная потребность организма в витаминах удовлетворяется полностью. Недостаточное или неполноценное питание (например, несбалансированная диета у пожилых людей, недостаточное питание у алкоголиков, потребление полуфабрикатов) или нарушение процессов усвоения и использования витаминов могут быть причиной различных форм витаминной недостаточности, вплоть до авитаминоза. Важная роль в обеспечении организма рядом витаминов (К, B₁₂, H) принадлежит микрофлоре пищеварительного тракта. Поэтому дефицит витаминов может возникать вследствие медикаментозного лечения с использованием антибиотиков.

Только немногие из витаминов, такие, как A, D, Е, В₁₂, могут накапливаться в организме. Поэтому витаминная недостаточность быстро влечет за собой болезни витаминодефицита, затрагивающие состояние кожи, клетки крови и нервную систему организма. Витаминная недостаточность излечивается посредством полноценного питания или с помощью витаминных препаратов. Явление гипервитаминоза касается лишь витаминов А и D. Избыточное количество большинства других витаминов быстро выводится из организма с мочой.

Витаминная недостаточность возникает также тогда, когда в пищевых продуктах содержатся вещества, подавляющие активность витаминов – антивитамины. По механизму их делят на три группы:

- структурные аналоги витаминов;

- ферменты, разрушающие витамины;

- соединения, дающие прочные комплексы с витаминами.

Вопрос 2.  

Витамины группы В:

Витамин В₁ – тиамин – является производным пиримидина и тиазола.

Строение:
Биологическая активность:	Антиневритный, регуляция углеводного, жирового, минерального и водного обмена.
Активная форма:	тиаминдифосфат (синонимы тиаминпирофосфат, кокароксилаза) – простетическая группа ряда ферментов, биологическая функция которой декарбоксилирование пировиноградной кислоты и расщепление С-С связей α-кетокислот и α-кетоспиртов. С током крови всосавшийся тиамин попадает вначале в печень, где фосфорилируется тиаминпирофосфокиназой, а затем переносится в другие органы и ткани:
Физико-химические свойства:	хорошо растворим в воде (100 г на 100 см3), стоек к действию кислорода, кислот, редуцирующих веществ, легко разрушается в нейтральной и щелочной средах. Чувствителен к действию температуры и света.
Суточная потребность:	1,1-1,5 мг
Источники:	хлеб из муки грубого помола, соя, фасоль, горох, дрожжевые продукты, нежирная свинина, печень, почки, мозг, яичный желток
Методы получения:	Химический синтез заключается в раздельном получении пиримидинового и тиазольного компонентов с последующей их конденсацией Биологического способа синтеза нет.

 

Витамин В₂ - рибофлавин -состоит из флавинового красящего вещества люминохрома и спирта рибитола

Строение:
Биологическая активность:	Витамин роста
Активная форма:	флавинмононуклеотид           флавинадениндинуклеотид        (ФМН)                                        (ФАД)
Физико-химические свойства:	стабилен в кислой среде, легко разрушается в нейтральной и щелочной средах, чувствителен к УФ и видимому свету
Суточная потребность:	1,5-2,0 мг
Источники:	печень, почки, яичный желток, творог, дрожжи. Частично дефицит восполняется кишечной микрофлорой.
Методы получения:	Химический синтез заключается в получении 3,4-диметил-6-аминофенил-Д-рибамина и его конденсация с аллоксаном или дихлорбарбитуратовой кислотой Биологический способ синтеза заключается в культивировании бактерий (Sarcina lutea)или грибов (Eremothecium ashbyii), образуюших 0,5 г и более рибофлавина в 1 л среды.

Витамин В₃ – пантотеновая кислота- состоит β–аланина и пантоевой кислоты.

Строение:
Биологическая активность:	Антидерматитный, активация карбоновых кислот
Активная форма:
Физико-химические свойства:	В свободном виде нестабильное и чрезвычайно гигроскопичное соединение. Обычно используется в виде солей кальция и натрия, которые хорошо растворимы в воде, устойчивы к действию кислорода, света. Нестабильны при нагревании, особенно в кислой или щелочной среде.
Суточная потребность:	10-15 мг
Источники:	печень, яичный желток, молоко, рыба, бобовые, свежие фрукты и овощи, пивные дрожжи, пчелиное маточное молочко
Методы получения:	Химический синтез заключается в конденсации этилового эфира β–аланина и пантолактона.      Биологического способа синтеза нет.

 

 

Витамин В₅ – никотиновая кислота и её амид (никотинамид)

Строение:
Биологическая активность:	Антипеллагрический, входит в состав ферментов, участвующих реакциях, сопряженных с переносом водорода
Активная форма:	никотинамидадениндинуклеотид (НАД) никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ)
Физико-химические свойства:	никотинамид лучше, чем никотиновая кислота растворим в воде, водные растворы витаминов устойчивы к действию кислорода, свету, повышенной температуре
Суточная потребность:	10-20 мг
Источники:	мясо, печень, почки, арахис, грибы, дрожжи
Методы получения:	Химический синтез применяется для получения витамина в промышленном масштабе. Например, путем окисления 2-метил-5-этилпиридина азотной кислотой под давлением.  Биологического способа синтеза нет.

 

 

ВИТАМИН В₆ – ПИРИДОКСИН, ПИРИДОКСАЛЬ, ПИРИДОКСАМИН

Строение:
Биологическая активность:	Антидерматитный, в качестве кофермента пиридоксальфосфата в пиридоксальных ферментах азотистого обмена участвует в обмене аминокислот, ненасыщенных жирных кислот, холестерола
Активная форма:	«Король обмена аминокислот»
Физико-химические свойства:	хорошо растворим в воде, в кислой среде устойчив к действию кислорода и повышенной температуре. Разрушается на свету и в щелочной среде.
Суточная потребность:	2,0-2,5 мг
Источники:	мясные, рыбные, молочные продукты, зерновые, бобовые культуры, зеленые овощи. Может синтезироваться микрофлорой кишечника.
Методы получения:	Химический синтез применяется для получения витамина в промышленном масштабе. Например, через производные нитрила никотиновой кислоты.  Биологического способа синтеза нет.

ВИТАМИН В₉ – ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА - ФОЛАЦИН

Строение:
Биологическая активность:	Участвует в процессах кроветворения, переносе одноуглеродных радикалов, синтезе амино- и нуклеиновых кислот, холина, пуриновыз и пиримидиновых оснований в качестве кофермента тетрагидрофолиевой кислоты соответсвующих ферментов. Ф.К. необходима для деления клеток, роста органов, нормального развития зародыша и плода, функционирования нервной системы.
Активная форма:	АНТИАНЕМИЧЕСКИЙ
Физико-химические свойства:	хорошо растворим в щелочах, плохо в воде. Разрушается на свету и при нагревании
Суточная потребность:	0,2 мг
Источники:	шпинат, салат, капуста, томаты, земляника, печень, мясо, яичный желток
Методы получения:	Химический синтез применяется для получения витамина в промышленном масштабе. Путем одностадийной конденсации 2,4,5-триамино-6-оксипиримидина и 2,3-дибромпропионовым альдегидом с п-аминобензоил-L-глутаминовой кислотой. Биологического способа синтеза нет.

ВИТАМИН В₁₂ – ЦИАНКОБАЛАМИН

Строение:
Биологическая активность:	АНТИАНЕМИЧЕСКИЙ
Активная форма:	5-дезоксиаденозилкобаламин   Участвует в процессах кроветворения, превращениях аминокислот, биосинтезе нуклеиновых кислот.
Физико-химические свойства:	слабо растворим в воде, не устойчив при действии световых лучей, в кислой и щелочной среде; термостабилен
Суточная потребность:	0,003мг
Источники:	исключительно продукты животного происхождения. Может синтезироваться микрофлорой кишечника.
Методы получения:	Химический синтез не применяется. Биологический способ синтеза заключается в культивировании пропионовокислых и метанообразующих бактерий

ВИТАМИН С – АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА - является γ-лактоном, близким пос троению к глюкозе. Биологически активна только L-аскорбиновая кислота, которая образует редокс-пару с дегидроаскорбиновой кислотой.

Строение:
Биологическая активность:	АНТИСКОРБУТНЫЙ, АНТИОКСИДАНТНЫЙ
Активная форма:	в качестве сильного восстановителя принимает участие во многих реакциях (главным образом в реакциях гидроксилирования). Из биохимических процессов с участием аскорбиновой кислоты следует упомянуть синтез коллагена, деградацию тирозина, синтезы катехоламина и желчных кислот.
Физико-химические свойства:	хорошо растворим в воде, легко разрушается кислородом воздуха в присутствии следов железа и меди, при действии высоких температур, более устойчив в кислой среде, чем в щелочной, мало чувствителен к свету.
Суточная потребность:	60-100 мг
Источники:	шиповник, черная смородина, рябина, красный перец, капуста, петрушка, цитрусовые.
Методы получения:	Химико-биологический синтез. Исходным соединением служит D-глюкоза, которая в результате каталитического гидрирования превращается в сорбит. Далее он подвергается биохимического окислению под дейсвием Acetobacter suboxydans с образованием L-сорбозы. Последняя окисляется кислородом до 2-кетогулоновой кислоты, которая при нагревании с разбавленными кислотами в результате дегидратации образует аскорбиновую кислоту.