3. Водорастворимые витамины

3.1. Тиамин (витамин в1, антиневритный)

Строение. Химическая структура тиамина характеризуется наличием пиримидинового и тиазолового колец, соединенных метиленовой связью.

Пищевые источники. Тиамин содержится в основном в оболочках зерновых культур, поэтому им богаты хлеб грубого помола, горох, фасоль, дрожжи. Хлеб из муки высокого помола содержит мало витамина В_1. Водные растворы тиамина в кислой среде выдерживают нагревание до высоких температур без снижения биологической активности, поэтому при выпечке дрожжевого теста он сохраняется в готовом продукте. В нейтральной и особенно в щелочной среде витамин В₁, наоборот, быстро разрушается при нагревании. Этим объясняется частичное и даже полное разрушение тиамина при кулинарной обработке пищи, например, при выпечке теста с добавлением в качестве рыхлителя гидрокарбоната натрия или карбоната аммония.

Метаболизм и функции. Тиамин всасывается в кишечнике с участием специального натрий-зависимого белка-переносчика. Процесс этот насыщаемый, поэтому в обычных условиях всасывается не больше 5 мг и назначение более высоких доз per os не имеет смысла. Всосавшийся тиамин подвергается фосфорилованию с образованием коферментной формы – тиаминдифосфата. Реакция катализируется тиаминдифосфаттрансферазой, в качестве донора фосфатной группы выступает АТФ. Тиамин в этой реакции получает от АТФ пирофосфатную группировку целиком.

Рис. 3.1. Структура тиамина

В порядке убывания фосфорилирующей тиамин активности органы и ткани можно расположить следующим образом: печень, почки, сердце, семенники, головной мозг. Протеинизация ТДФ как кофермента осуществляется через пирофосфатную группировку и четвертичный азот тиазолового цикла. Обе метильные группы ответственны за сродство ТДФ к гидрофобным структурам апофермента. При этом обращенными к субстрату оказываются аминогруппа и второй углерод тиазола.

Тиаминпирофосфат выполняет метаболические функции, являясь составной частью следующих ферментов:

1. Дегидрогеназа пировиноградной кислоты осуществляет окислительное декарбоксилирование пирувата. Реакция контролирует процесс аэробного окисления углеводов и занимает ключевую позицию на путях превращения углеводов в липиды и катаболизма глюкозы через ЦТК. Фермент чувствителен к недостатку тиамина, в связи с чем гиповитаминоз сопровождается накоплением пирувата в крови и повышением его экскреции из организма. Большое значение пируватдегидрогеназная реакция имеет в поддержании определенного равновесия в обмене аминокислот, так как пируват является участником реакций трансаминирования, в результате которых он превращается в аминокислоту аланин.

2. Дегидрогеназа 2-кетоглютаровой кислоты по набору кофакторов и последовательности превращения субстрата очень похожа на пируватдегидрогеназу. Отличительной особенностью является то, что ТПФ более прочно присоединен к декарбоксилирующему домену. Это подчеркивает важность реакции для процессов жизнедеятельности и объясняет устойчивость фермента к недостаточности тиамина. Реакция имеет важное значение, так как осуществляет связь ЦТК с белковым обменом, в частности, с реакциями трансаминирования и аминирования кетокислот, в результате которых образуется глутамат.

3. Транскетолаза катализирует реакции переноса гликольальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара. Наиболее важное значение имеет взаимодействие ксилулозо-5-фосфата с рибозо-5-фосфатом или с эритрозо-4-фосфатом в пентозном цикле. Очевидно, что таким образом с транскетолазой тесно связаны процессы обеспечения организма пентозофосфатами и НАДФН.

Таким образом, приведенные реакции демонстрируют важную роль тиамина в обмене углеводов и белков.

При дефиците тиамина нарушается утилизация глюкозы и аминокислот с разветвленной цепью по аэробным путям. Наиболее чувствительными к дефициту тиамина являются клетки головного мозга, так как они используют в качестве энергетических субстратов глюкозу или аминокислоты с разветвленной цепью.

Суточная норма потребления тиамина в мг

Младенцы Дети Подростки Взрослые Беременные и кормящие Пожилые

0,3–0,5 0,8–1,2 1,3–1,5 1,1–2,1 1,5–2,1 1,1–1,4

При мышечной деятельности суточная потребность в тиамине увеличивается до 6–8 мг в связи с его участием в регуляции аэробных процессов энергообразования, особенно в видах спорта на выносливость.

Об обеспеченности организма человека витамином В₁ судят по величине ТДФ-эффекта – коэффициента активации тиаминзависимого фермента транскетолазы в гемолизате эритроцитов при добавлении экзогенного тиаминпирофосфата. В соответствии с общепринятыми критериями, считается, что нормальной обеспеченности витамином В₁ соответствует величина ТДФ-эффекта менее 1,15, глубокому дефициту – выше 1,25. Экскреция тиамина с мочой, соответствующая нормальной обеспеченности организма, составляет 15–30 мкг/час.

Гиповитаминоз. Недостаточность тиамина распространена в тех районах земного шара, где основой рациона питания населения является полированный рис. Именно в странах Индокитая был впервые описан гиповитаминоз В₁, который получил название бери-бери. Это патологическое состояние сопровождается падением активности транскетолазы и реакций окислительного декарбоксилирования альфа-кетокислот. Содержание их в крови и экскреция с мочой повышаются. Уменьшается использование кетокислот в энергетическом обеспечении тканей. Нехватка НАДФН и рибозо-5-фосфат влечет за собой торможение реакций синтеза, в которых они используются. Проявления тиаминовой недостаточности:

а) «влажная» – быстро развивающиеся отеки, сердечно-сосудистая недостаточность, отеки мышц;

б) «сухая» – быстрая потеря веса, атрофия мышц, периферические полиневриты, чувство страха, нарушение интеллекта.

Врожденные нарушения обмена витамина В₁ – подострая некротическая инфантильная энцефалопатия (синдром Лея). Наследуется по аутосомному рецессивному типу. Суть дефекта – торможение тиаминдифосфат-АТФ-фосфотрансферазы, а отсюда отсутствие тиаминтрифосфата в мозговой ткани, а также почти полное отсутствие пируваткарбоксилазы. Из-за этого происходит накопление пирувата и лактата в тканях и крови. В мозге наблюдается глиоз, образование полостей, накопление энкефалинов. Заболевание трудно поддается лечению.

Лейциноз – тиаминзависимая форма болезни («моча с запахом кленового сиропа»), также аутосомный рецессивный синдром, заключающийся в нарушении окислительного декарбоксилирования валина, изолейцина и лейцина с накоплением их в мозге со снижением содержания глютаминовой и -аминомасляной кислот. Заболевание диагностируют на основании обнаружения повышенного количества упомянутых кислот в крови и моче, но подозревают по запаху мочи и положительной реакцией с 2,4-ДНФГ. Лечение заключается в назначении диеты, ограничивающей количество белков с разветвленными аминокислотами, и тиамина по 50–100 мг в день.

Клиническое применение. Для медицинских целей используют синтетические препараты витамина В₁: тиамина бромид и тиамина хлорид. Помимо профилактического и лечебного действия при соответствующем гиповитаминозе, показаниями к применению указанных препаратов являются невриты, радикулит, невралгии, периферические параличи, а также язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, атония кишечника, дистрофии миокарда, эндартерииты, дерматозы неврогенного происхождения.

В клинической практике применяют также кокарбоксилазу (тиаминпирофосфат). Биологическое действие кокарбоксилазы не полностью совпадает со свойствами витамина В₁, и для лечения авитаминоза или гиповитаминоза В₁ ее не используют. Показаниями к ее назначению служат ацидоз диабетического происхождения, почечная и печеночная недостаточность, дыхательный ацидоз, недостаточность коронарного кровообращения, периферические невриты, различные патологические процессы, требующие улучшения углеводного обмена.