Водорастворимые витамины

Общие свойства и классификация витаминов

В конце XIX в. было установлено, что организм человека и животного нуждается в постоянном поступлении с пищей белков, жиров, углеводов и ряда минеральных элементов. Вместе с тем были известны нарушения обмена веществ и ряд заболеваний, которые были связаны с дефицитом поступления с пищей каких-то других веществ. Честь экспериментального открытия новой, спе­цифической группы пищевых веществ принадлежит русскому ис­следователю Н. И. Лунину (1880г.). Польский ученый К. Функ дал им название «витамины», что значит жизненные амины.

Витамины -группа низкомолекулярных веществ различной химической природы, необходимых для нормального роста и жизнедеятельности организма. Они характеризуются следующими признаками:

• не синтезируются в организме человека, поэтому должны поступать с пищей. Одни из них (В₆, В₁₂, пантотеновая и фолиевая кислоты и некоторые другие) синтезируются микрофлорой кишечника, другие частично образуются в организме (например, никотиновая кислота из незаменимой аминокислоты триптофана), однако данные процессы не способны обеспечить потребность организма в этих веществах;
• не служат источником энергии или пластическим материалом. Потребность организма в них невелика и составляет в сутки доли грамма (например, С—0,07 г; В₁—0,002 г.; В₁₂ - 0,000003 г);
• поступая с пищей в малых количествах, оказывают влияние на биохимические процессы в организме. Большинство витаминов входит в состав активной группы ферментов (кофермента), опреде­ляя специфичность их действия. Другие регулируют проницаемость мембран;
• при недостаточном поступлении с пищей (или плохом усвое­нии) приводят к специфическим нарушениям обмена веществ и физиологических функций и даже возникновению болезней (авитаминозам и гиповитаминозам).

Витамины делят на две большие группы: водорастворимые и жирорастворимые, что определяет преимущественное их содержание в определенном рационе. Такая классификация имеет и физиолого-биохимическое значение: витамины, раствори­мые в жирах, могут накапливаться в организме человека, и поэто­му кратковременный дефицит их поступления не приводит к каким-либо неблагоприятным последствиям. При избыточном приеме с пищей жирорастворимых витаминов в больших дозах их концент­рация в липидах организма может существенно превышать норму, что в отдельных случаях приводит к неблагоприятным изменениям обмена или функциональным нарушениям (гипервитаминоз). Во­дорастворимые витамины практически не накапливаются в орга­низме, поэтому его чувствительность к их недостатку особенно ве­лика. При низком содержании или отсутствии в рационе водорастворимых витаминов специфические нарушения обмена возникают сравнительно быстро.

Ряд веществ (оротовая, пангамовая кислоты, холин, карнитин, витамин U) хотя и имеют большое значение для организма, но не обладают всеми характерными для витаминов свойствами, поэтому их относят к витаминоподобным веществам.

Не все витамины играют одинаковую роль в жизнедеятельности организма. Дефицит одних витаминов может привести к нарушениям обмена веществ, недостаток других - не только к изменениям обмена, но и к отклонениям физиологических функций; длительное отсутствие третьих - к серьезным расстройствам здоровья и даже смерти. Для 10 витаминов установлены нормы потребности в их организма в зависимости от возраста, пола и характера деятельности. Эти важнейшие и другие витамины, а также витаминоподобные вещества находят широкое применение в медицине и спортивной практике.

 

Водорастворимые витамины

 

Большинство водорастворимых витаминов проявляют биологическое действие в виде комплексных соединений с ферментами или ферментными системами, образуя коферменты и так влияют на процессы метоболизма. Водорастворимые витамины в свою очередь можно разделить на две группы:

1) витамины группы В, куда входят более 15 представителей;

2) витамины группы С - аскарбиновая кислота и витамин Р.

Тиамин — витамин В₁. (тиамин, аневрин)

Это первый из витаминов, выделенный в чистом виде. По химическому строению представляет собой сложное соединение, включающее пиримидиновое и тиазольное кольца;

Наличие серы и аминогруппы в составе витамина послужило основанием для его названия.

В организме витамин В₁; находится в форме пирофосфорного эфира — тиаминдифосфата (кокарбоксилазы) во всех органах и тканях:

Больше всего пирофосфорного эфира в печени, почках, сердце, мозгу, мышцах. Он является коферментом, катализирующим декарбоксилирование кетокислот (пировиноградной, α-кетоглутаровой). При недостатке витамина В₁ нарушается нормальное превращение углеводов, наблюдается повышенное накопление кетокислот в организме.

Тиамин играет также важную роль в процессах биосинтеза. В форме тиаминдифосфата он входит в состав другого фермента транскетолазы, который участвует в окислении углеводов по пентозному пути. Образующаяся пентоза используется для биосинтеза нуклеиновых кислот, ряда ферментов и других соединений, в состав которых входят пятиатомные углеводы.

При отсутствии в пище витамина В₁ у людей возникает заболевание бери-бери, у птиц и животных - полиневрит. Оба эти заболевания связаны с поражением нервных стволов. Наряду с этим резко изменяется сердечная деятельность, обнаруживаются нарушения в водном обмене, а также секреторной и моторной функций желудочно-кишечного тракта. Этот витамин очень устойчив в кислой среде. Выдерживает нагревание до 140^ОС при рН=3.

Роль витамина В₁ в обмене достаточно изучена. Он оказывает определенное влияние на углеводный обмен, т.к. входит в фермент карбоксилазу, катализирующего расщепление промежуточного продукта углеводного обмена - ПВК. При недостатке В₁ эта кислота накапливается, что приводит к расстройству центральной нервной системы, которое проявляется в виде параличей, невритов, потере чувствительности.

Источником витамина В₁ являются в основном продукты растительного происхождения: мука грубого помола, неочищенный рис, горох, соя, отрубы, гречневая крупа. Сут потребность – 0,5 мг/1000ккал диеты.

Рибофлавин - витамин В₂. Этот витамин относится к числу витаминов, обладающих окраской (флавины). По химической природе рибофлавин — производное изоаллоксазина, к которому присоединен пятиатомный спирт рибитол (что и определило его название);

Рибофлавин обнаружен во всех органах и тканях животного организма. Он встречается как в свободном виде, так и в соедине­нии с белком. Наиболее богаты рибофлавином печень, а также почки, в мышцах и в мозгу его в 6-10 раз меньше, чем в печени. Широкое распространение рибофлавина соответствует его важной роли в обмене веществ:

1) В форме флавинадениндинуклеотида (ФАД) рибофлавин является коферментом оксидоредуктаз, осуществляющих перенос водорода по дыхательной цепи.

2) принимает участие в белковом обмене, о чем свидетельствует положительное влияние рибофлавина на использование белка в период роста организма.

Главным признаком В₂-авитаминоза является заболевание глаз - сперва легкая утомляемость, затем вплоть до поражения роговицы и хрусталика. При недостатке В₂ часто имеет место развитие анемии.

Особенно богатыми источниками витамина В₂ являются пивные дрожжи, рыбная мука, коровье масло, молоко, печень, почки и сердечная мышца. Сут потребность – 0,5 мг/1000ккал диеты.

Пантотеновая кислота — витамин В₃. В состав пантотеновой кислоты входит β-аланин и пантоевая кислота:

Роль пантатеновой кислоты в обмене веществ заключается в том, что она входит в состав КоА, принимающего участие в окислении жирных кислот, а также пировиноградной и лимонной, т.е. выступает в качестве промежуточного вещества - метаболита, связывающего углеводный и жировой обмен.

В₃ содержится в больших количествах в дрожжах, яичном желтке, печени, мясе, молоке, зеленых частях растений. Много этого витамина в картофеле, помидорах, цветной капусте. 5-10 мг/сутки

Пантотеновая кислота является активной группой коэнзима А, играющего важную роль в превращениях пировиноградной и α-кетоглутаровой кислоты. Соединение коэнзима А с уксусной кислотой (ацетил-коэнзим А) образуется не только в результате окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты, но и при β-окислении жирных кислот, дезаминировании некоторых аминокислот (например, аланина). Следовательно, ацетил-коэнзим А является связующим звеном между обменом жиров, углеводов и ряда аминокислот при их аэробном окислении в цикле трикарбоновых кислот. Коэнзим А участвует в окислении и синтезе жирных кислот. Пантотеновая кислота играет важную роль в обмене веществ всех органов и тканей. По-видимому, этим объясняется ее широкое распространение в растительном и животном мире.

Никотиновая кислота — витамин РР, антипеллагрический. Это сравнительно простое соединение. Витаминными свойствами обладают никотиновая кис­лота и ее амид:

Никотинамид входит в активную группу ряда ферментов дыхательной цепи. Известны два вида коферментов, в которые входит никотинамид: никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). Ферменты, в состав которых входит НАДФ, являются переносчиками водорода от одного субстрата на другой, т. е. участвуют в анаэробном окислении субстратов. НАДФ, кроме того, участвует в процессах биосинтеза. В связи с этим при недостатке никотиновой кислоты нарушаются процессы биологического окисления и образования ряда веществ, синтезируемых в организме.

Признаки В₅-витаминной недостаточности можно охарактеризовать тремя Д: 1) дерматиты - специфические заболевания кожи; 2) Деменция - слабоумие; 3) Диаррея - нарушение работы пищеварительного тракта - расстройства. Заболевания чаще встречаются в тропической местности. У человека поражаются открытые участки кожи - лицо, руки, ноги. У животных это заболевание носит название “черного языка”.

Никотиновая кислота или витамин В₅ никакого отношения к никотину не имеет. Значительные количества никотиновой кислоты содержится в дрожжах, рисовых и пшеничных отрубях. Печени, мясе, картофеле, гречке. 15-25 мг/сутки

Пиридоксин — витамин В₆, антидерматитный. В₆ - белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и спирте. Он устойчив по отношению к кислотам и щелочам, но разрушается под влиянием света.

Свойством этого витамина обладают три сходных по строению производных пиримидина: пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин. В живых организмах в процессе обмена они могут переходить друг в друга, однако у человека обнаружены лишь два последних соединения.

Пиридоксин         Пиридоксаль   Пиридоксамин

 

Влияние витамина В₆ на процессы метаболизма выражается в том, что он входит в состав ферментов, катализирующих реакции переаминирования и декарбоксилирования аминокислот.

Являют­ся коферментами ряда важнейших ферментов, осуществляющих регуляцию белкового обмена. Наиболее важные из них - аминотрансферазы, при участии которых путем переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту осуществляется биосинтез новых, недостающих заменимых аминокислот, одновременно образуется кетокислота. Пиридоксин входит в состав других ферментов — декарбоксилаз аминокислот. При его участии из аминокислот обра­зуются амины, ряд из них (серотонин, гистамин, γ-аминомасляная кислота) играет важную роль в регуляции обмена веществ, функции нервной системы и других органов. Пиридоксин участвует так же в обмене углеводов, входя в состав фермента фосфорилазы, который расщепляет гликоген.

Авитаминоз В₆ наблюдается у людей и животных. При этом характерно выпадение шерсти у животных, шелушение кожи, специфические дерматиты, подобные пеллагре как при недостатке витамина В₅, но не поддающиеся лечению витамином В₅.

Содержится витамин В₆ в значительных количествах в отрубях, зародышах пшеницы, дрожжах, бобах, почках, печени. 2-3 мг/сутки

Цианкобаламин — витамин В₁₂. Это наиболее сложный по строению из известных в настоящее время витаминов. Его молеку­лярная масса 1356. В составе молекулы цианкобаламина имеется кольцо, сходное с порфирином гемоглобина, однако в центре нахо­дится не железо, а кобальт и цианогруппа:

 

 Как видно из представленной формулы, витамин В₁₂ состоит двух частей: порфириноподобной и нуклеотидной. В чистом виде он представляет собой кристаллическое вещество темно-красного цвета.

Особенностью обмена витамина В₁₂ является то, что он усваивается из желудочно-кишечного тракта только при наличии в содержимом желудка специального мукопротеина (вырабатываемого стенкой желудка), который предохраняет витамин от разрушения и обеспечивает всасывание.

Биохимическая роль витамина В₁₂ многогранна. Он входит в состав кофермента (кобамидный кофермент). Ферменты, содержащие кобамидный кофермент, влияют на реакцию ацетилирования (образования ацетил-коэнзима А), благодаря чему ускоряется процесс биологического окисления уксусной и пировиноградной| кислот. Наиболее важно участие витамина В₁₂ в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований, т. е. в образовании РНК ДНК. Стимулируя их биосинтез, кобамидные ферменты влияют на синтез белка, что проявляется в виде анаболического эффекта. Витамин В₁₂ участвует в обмене метионина, переносе метилных групп, что определяет его положительное влияние на жировой обмен (липотропное действие).

При недостатке или отсутствии этого витамина нарушается процесс кроветворения и развивается злокачественная анемия. Характерно также, что при В₁₂-авитаминозе наблюдается резкое снижение кислотности желудочного сока. В₁₂ содержится в печени, почках, отходах промышленности антибиотиков и т.д. Роль его в обмене веществ сводится к тому, что он способен переносить метильные группы -СН₃, участвует в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований, влияет на общий уровень обмена веществ.

Витамин В₁₂ синтезируется исключительно микроорганизмами, в том числе микрофлорой кишечника. Сут. потребность – 50 мкг

Фолиевая кислота — витамин В_с. Название кислоты связано с тем, что она в больших количествах обнаружена в листьях шпината. Фолиевая кислота состоит из трех компонентов: птеридина, парааминобензойной и глютаминовой кислот:

Фолиевая кислота - важный кофактор ряда сложных ферментных систем у человека и животных. Она участвует в стимулировании процессов биосинтеза ряда веществ с использованием простых (одноуглеродистых) соединений, а также в синтезе тимина, пурина, т. е. веществ, которые являются структурными элементамиприобразовании нуклеиновых кислот и некоторых ферментов (НАД, ФАД и др.). По ряду проявлений действие фолиевой кислоты сходно с действием витамина В₁₂, поэтому совместное влияние особенно отчетливо проявляется в стимулировании синтеза эритрицитов, белкового обмена и др. Оказывает влияние на органы кроветворения. Источником фолиевой кислоты служат: дрожжи, грибы, салат, помидоры, зеленый лук, печень, почки, сыр. 25-50 мкг/сут.

Аскорбиновая кислота — витамин С. Это ненасыщенное соединение, не содержащее карбоксильной группы. Наличие двух енольных гидроксилов определяет кислый характер соединения. Аскорбиновая кислота способна к обратимому окислению (дегидрированию) с образованием дегидроаскорбиновой кислоты, которая может присоединять атомы водорода (восстанавливаться), вновь превращаясь в аскорбиновую кислоту:

Эта способность аскорбиновой кислоты определяет ее участие в окислительно-восстановительных реакциях в качестве дополнительного переносчика водорода.

Витамин С, особенно дегидроаскорбиновая кислота, - малоустойчивое соединение. Поэтому содержание его в пищевых продуктах снижается в процессе длительного хранения. Витамин С разрушается при нагревании (приготовлении пищи), особенно интенсивно - в присутствии солей тяжелых металлов (медь, железо). Биохимическую роль витамина С связывают с возможным участием в окислительно-восстановительных реакциях. Витамин С влияет на состояние белкового обмена в мышцах; он участвует в образовании соединительнотканных белков (коллагена и др.), гормонов коры надпочечников, в регуляции обмена некоторых аминокислот (тирозина, пролина, лизина), нормализует активность некоторых ферментов (например, гиалуронидазы).

При недостатке или отсутствии витамина С в пищевых продуктах развивается заболевание цинга. Характерным признаком цинги является поражение стенок кровеносных сосудов, повышение их проницаемости. Сосуды становятся хрупкими, поэтому на деснах и коже появляются мелкие кровоизлияния. При цинге наблюдается также повреждение костей и особенно зубов, которые расшатываются и выпадают. Цинга в запущенных случаях может закончится смертью.

По химической природе аскорбиновая кислота близка к углеводам. Витамин С - белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в Н₂О, малоустойчиво.

Биологическая роль аскорбиновой кислоты разнообразна. Она принимает участие в синтезе соединительнотканных белков и белков костей, угнетает фермент, который расщепляет гиалуроновую кислоту. Последняя является склеивающим веществом стенок сосудов и капиляров. При недостатке витамина С происходит расщепление гиалуроновой кислоты и как следствие - признаки заболевания цинги - капиляры становятся хрупкими и ломкими. Аскорбиновая кислота оказывает воздействие на углеводный обмен, узменяя содержание гликогена в печени и сахара в крови; белковый и минеральный обмен; принимает участие в выработке гормонов коры надпочечников. При недостатке витамина С резко снижается устойчивость организма к инфекционным заболеваниям и некоторым ядам.

Больше всего витаминаС содержится в черной смородине, плодах шиповника, апельсинах, лимонах, красном перце, землянике, капусте, картофеле. Суточная потребность человека в нем составляет 50-70 мг, для спортсменов – до 120 мг/сут.

Биофлавоноиды —витамин Р (витамин проницаемости, рутин, цитрин). Это группа соединений, обладающих сходным биологическим действием и строением. Все они относятся к циклическим соединениям, близким по структуре к природным красителям. Витамин Р оказывает влияние на окислительно-восстановительные реакции, тормозит активность гиалуронидазы, что способствует сохранению нормальной проницаемости стенок кровеносных сосудов. Влияние на обмен веществ выражается в том, что вместе с аскорбиновой кислотой участвует в окислительно-восстановительных процессах, тормозит действие фермента гиалуронидаза, оказывает влияние на биосинтез нуклеотпротеидов. Витамин Р предохраняет витамин С от разрушения. 50-100 мг/сут

Витамин Н (биотин)- Недостаток этого витамина вызывает заболевание под названием “очковые глаза”, сопровождающееся краснотой и шелушением кожи вокруг глаз, воспалением волос и ногтей. Витамин Н принимает участие в синтезе пуриновых оснований, КоА, АТФ, реакциях карбоксилирования.

Содержится данный витамин в печени, яичном желтке, дрожжах, молоке, почках, сердце, в бобах, цветной капусте, пшеничной муке. Суточная потребность около 10 мкг.