9. Биохимия витаминов.

51. Классификация витаминов, общие свойства .Суточная потребность и групповая характристика витаминов.

Витамины

К концу XIX века сложились представления, что основными компонентами пищи являются белки, жиры, углеводы и минеральные вещества. Но ряд наблюдений указывал на недостаточность только этих групп питательных веществ. (Напр., Лунин, 1880: при кормлении одной группы мышей естественными продуктами, а другой – белками, жирами, углеводами, полученными из этих же продуктов, гибель мышей во второй группе была значительно выше.)

В 1911 г. польский ученый Функ выделил в рисовых отрубях соединение, содержавшее аминогруппу, которое было необходимо для нормальной жизнедеятельности. Он назвал его витамином (от лат. vitae amine – амин жизни).

Витамины – это необходимые для нормальной жизнедеятельности низкомолекулярные органические соединения, синтез которых в организме ограничен или отсутствует.

Отличительные признаки витаминов:

1) витамины не выполняют пластических функций;

2) витамины не играют энергетической роли (т.е. не используются как источник энергии);

3) витамины не синтезируются в организме или синтезируются в недостаточных количествах;

4) дефицит витаминов вызывает специфические нарушения обмена веществ с характерными клиническими проявлениями;

5) выполняют специфические функции, которые невозможно заменить другими органическими соединениями;

6) витамины необходимы в миллиграммах или микрограммах в сутки (!).

Классификация витаминов

Принята классификация по растворимости:

1) жирорастворимые (A, D, E, K);

2) водорастворимые (все остальные: В_, С, Р, Н);

3) витаминоподобные вещества – синтезируются в организме, но в недостаточном количестве (парааминобензойная к-та, коэнзим Q, холин, инозит, пангамовая к-та).

Жирорастворимые витамины могут откладываться в печени в виде резервов (A, D, K), витамин Е может накапливаться в жировой ткани. Так как эти витамины нерастворимы в воде, то они не могут свободно проникать в кровь и выводиться с мочой. При избыточном поступлении этих витаминов могут развиваться токсические эффекты (в основном, витамина А и D).

Водорастворимые витамины выводятся с мочой, поэтому их избытка не наблюдается. Возможен небольшой резерв фолиевой к-ты и витамина В12 в печени. Токсические эффекты не наблюдаются.

Суточные потребности: Жирорастворимые витамины: ВИТАМИН А (РЕТИНОЛ, АНТИКСЕРОФТАЛЬМИЧЕСКИЙ) Суточная потребность 1,0-2.5 мг или 5000ЕД ВИТАМИН D (КАЛЬЦИФЕРОЛ,АНТИРАХИТИЧЕСКИЙ) Суточная потребность дети — 12-25 мкг или 500-1000 МЕ взрослые — гораздо меньше ВИТАМИН К (НАФТОХИНОНЫ, АНТИГЕМОРРАГИЧЕСКИЙ) Суточная потребность Около 2 мг. ВИТАМИН Е (ТОКОФЕРОЛ, АНТИСТЕРИЛЬНЫЙ) Суточная потребность 20-50 мг ВИТАМИН F Суточная потребность 5-10 г Водорастворимые витамины: ВИТАМИН В1 (ТИАМИН, АНТИНЕВРИТНЫЙ) Суточная потребность 2,0-3.0 мг ВИТАМИН В2 (РИБОФЛАВИН, ВИТАМИН РОСТА) Суточная потребность 2,0-2,5 мг ВИТАМИН В3 (НИАЦИН, РР, АНТИПЕЛЛАГРИЧЕСКИЙ) Название дано от итальянского preventive pellagra Суточная потребность 15-25 мг ВИТАМИН В5 (ПАНТОТЕНОВАЯ КИСЛОТА) Суточная потребность 10-15 мг ВИТАМИН В6 (ПИРИДОКСИН, АНТИДЕРМАТИТНЫЙ) Суточная потребность 1,5-2,0 мг ВИТАМИН С (АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА, АНТИЦИНГОТНЫЙ) Суточная потребность 100 мг ВИТАМИН В9=ВС (ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА) Суточная потребность 400 мкг ВИТАМИН В12 (КОБАЛАМИН, АНТИАНЕМИЧЕСКИЙ) Суточная потребность 2.5-5.0 мкг ВИТАМИН Н (БИОТИН, АНТИСЕБОРЕЙНЫЙ) Суточная потребность 150-200 мкг

52.Структура,коферментные функции и биологическая роль витаминов В1, В2 ,В6

Витамин В1 (тиамин; антиневритный),Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца,соединенные метиновым мостиком. Витамин B1 легко всасывается в кишечнике, но не накапливается в тканях и не обладает токсическими свойствами. Избыток пищевого тиамина быстро выводится с мочой. В превращении витамина B1 в его активную форму – тиаминпирофосфат (ТПФ), называемый также тиаминдифосфатом (ТДФ), участвует специфический АТФ-зависимый фермент тиаминпирофосфокиназа, содержащаяся главным образом в печени и ткани мозга. Опытами с меченным 32Р АТФ доказан перенос на тиамин целиком пирофосфатной группы в присутствии фермента. ТПФ имеет следующее строение.Если витамин B1 поступает с пищей в виде ТПФ, то пирофосфатная группа отщепляется от него под действием кишечных пирофосфатаз. При отсутствии или недостаточности тиамина развивается тяжелое заболевание – бери-бери, широко распространенное в ряде стран Азии и Индокитая, где основным продуктом питания является рис. Следует отметить, что недостаточность витамина B1 встречается и в европейских странах, где она известна как симптом Вернике, проявляющийся в виде энцефалопатии, или синдром Вейса с преимущественным поражением сердечно-сосудистой системы. Специфические симптомы связаны с преимущественными нарушениями деятельности и сердечно-сосудистой, и нервной систем, а также пищеварительного тракта. В настоящее время пересматривается точка зрения, что бери-бери у человека является следствием недостаточности только витамина В1. Более вероятно, что это заболевание представляет собой комбинированный авитаминоз или полиавитаминоз, при котором организм испытывает недостаток также в рибофлавине, пиридоксине, витаминах РР, С и др. На животных и добровольцах получен экспериментальный авитаминоз Bl . В зависимости от преобладания тех или иных симптомов различают ряд клинических типов недостаточности, в частности полиневритную (сухую) форму бери-бери, при которой на первый план выступают нарушения в периферической нервной системе. При так называемой отечной форме бери-бери преимущественно поражается сердечно-сосудистая система, хотя отмечаются также явления полиневрита. Наконец, выделяют остро протекающую кардиальную форму болезни, называемую пернициозной, которая приводит к летальному исходу в результате развития острой сердечной недостаточности. В связи с внедрением в медицинскую практику кристаллического препарата тиамина летальность резко сократилась и наметились рациональные пути лечения и профилактики этого заболевания. Биологическая роль. Экспериментально доказано, что витамин B1 в форме ТПФ является составной часть минимум 5 ферментов, участвующих в промежуточном обмене веществ. ТПФ входит в состав двух сложных ферментных систем – пируват- и альфа-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов, катализирующих окислительное декарбоксилирование пировиноградной и альфа-кетоглутаровой кислот. В составе транскетолазы

ТПФ участвует в переносе гликоальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара (см. главу 10). ТПФ является коферментом пируватдекарбоксилазы клеток дрожжей (при алкогольной ферментации) и дегидрогеназы альфа-оксикетоглутаровой кислоты.

Приведенными примерами, вероятнее всего, не ограничиваются биологические функции тиамина. В частности, ТПФ участвует в окислительном

декарбоксилировании глиоксиловой кислоты и альфа-кетокислот, образующихся при распаде аминокислот с разветвленной боковой цепью; в растениях ТПФ является эссенциальным кофактором при синтезе валина и лейцина в составе фермента ацетолактатсинтетазы.

Витамин В2 (рибофлавин).структура: изоаллоксазин, соединенного со спиртом рибитолом. Клинические проявления недостаточности рибофлавина лучше всего

изучены на экспериментальных животных. Помимо остановки роста, выпадения волос (алопеция), характерных для большинства авитаминозов, специфичными для авитаминоза В2 являются воспалительные процессы слизистой оболочки языка (глоссит), губ, особенно у углов рта, эпителия кожи и др. Наиболее характерны кератиты, воспалительные процессы и усиленная васкуляризация роговой оболочки, катаракта (помутнение хрусталика). При авитаминозе В2 у людей развиваются общая мышечная слабость и слабость сердечной мышцы. Участвует в образовании коферментов, в частности ФМН и ФАД *, являющихся в свою очередь простетическими группами ферментов ряда других сложных белков – флавопротеинов. Некоторые флавопротеины в дополнение к ФМН или ФАД

содержат еще прочно связанные неорганические ионы, в частности железо или молибден, наделенные способностью катализировать транспорт электронов. Различают 2 типа химических реакций, катализируемых этими

ферментами. К первому относятся реакции, в которых фермент осуществляет прямое окисление с участием кислорода, т.е. дегидрирование (отщепление электронов и протонов) исходного субстрата или промежуточного метаболита. К ферментам этой группы относятся оксидазы L- и D-аминокислот, глициноксидаза, альдегидоксидаза, ксантиноксидаза и др.

Вторая группа реакций, катализируемых флавопротеинами, характеризуется переносом электронов и протонов не от исходного субстрата, а от восстановленных пиридиновых коферментов. Ферменты этой группы играют главную роль в биологическом окислении. В каталитическом цикле изоаллоксазиновый остаток ФАД или ФМН подвергается обратимому восстановлению с присоединением электронов и атомов водорода к N1 и N10. ФМН и ФАД прочно связываются с белковым компонентом, иногда

даже ковалентно, как, например, в молекуле сукцинатдегидрогеназы.

Витамин В6 (пиридоксин, антидерматитный).Структура: пиридиновое кольцо, имеется три формы: пиридоксин,пиридоксаль, пиридоксамин. Недостаточность витамина В6 наиболее подробно изучена на крысах, у которых самым характерным признаком является акродиния, или специфический дерматит с преимущественным поражением кожи лапок, хвоста, носа и ушей. Отмечаются повышенное шелушение кожи, выпадение шерсти, изъязвление кожи конечностей, заканчивающееся гангреной пальцев. Эти явления не поддаются лечению витамином РР, но быстро проходят при введении пиридоксина. При более глубоком авитаминозе В6 у собак, свиней, крыс и кур отмечаются эпилептиформные припадки с дегенеративными изменениями в ЦНС.

У человека недостаточность витамина В6 встречается реже, хотя некоторые пеллагроподобные дерматиты, не поддающиеся лечению никотиновой кислотой, легко проходят при введении пиридоксина. У детей грудного возраста описаны дерматиты, поражения нервной системы (включая эпилептиформные припадки), обусловленные недостаточным содержанием пиридоксина в искусственной пище. Недостаточность пиридоксина часто наблюдается у больных туберкулезом, которым с лечебной целью вводят изоникотинилгидразид (изониазид), оказавшийся, как и дезоксипиридоксин, антагонистом витамина В6. Из биохимических нарушений при недостаточности витамина В6 следует отметить гомоцистинурию и цистатионинурию, а также нарушения обмена

триптофана, выражающиеся в повышении экскреции с мочой ксантуреновой кислоты и снижении количества экскретируемой кинуреновой кислоты

Биологическая роль. Оказалось, что, хотя все три производных 3-оксипиридина наделены витаминными свойствами, коферментные функции выполняют только фосфорилированные производные пиридоксаля и пиридоксамина. Так доказано,что пиридоксальфосфат является простетической группой аминотрансфераз, катализирующих обратимый перенос аминогруппы (NH2-группы) от аминокислот на кетокислоту, и декарбоксилаз аминокислот, осуществляющих необратимое отщепление СО2 от карбоксильной группы аминокислот с образованием биогенных аминов. Установлена коферментная роль пиридоксальфосфата в ферментативных реакциях неокислительного дезаминирования серина и треонина, окисления триптофана,кинуренина, превращения серосодержащих аминокислот, взаимопревращения серина и глицина (см. главу 12), а также в синтезе 5-аминолевулиновой кислоты, являющейся предшественником молекулы гема гемоглобина, и др.