Водорастворимые витамины

К водорастворимым витаминам относят витамины группы В, С, Р, Н.

Витамин С (аскорбиновая кислота, антискорбутный витамин)

1.Структура.Витамин С по структуре представляет собой g-лактон, имеющий 2 ассиметричных атома углерода. Биологически активной является L-форма аскорбиновой кислоты.

Аскорбиновая кислота Дегидроаскорбиновая кислота

Кислые свойства аскорбиновой кислоты обусловлены наличием 2-х енольных гидроксильных групп. L-аскорбиновая кислота обратимо подвергается окислению с образованием дегидроаскорбиновой кислоты под действием фермента аскорбатоксидазы. Восстановление дегидроаскорбиновой кислоты в аскорбиновую осуществляется с участием редуктазы и восстановленного глутатиона. Аскорбиновая и дегидроаскорбиновая кислоты являются биологически активными формами витамина. При гидратации в присутствии кислорода дегидроаскорбиновая кислота необратимо окисляется в 2,3-дикетогулоновую кислоту, которая не обладает биологической активностью и распадается до щавелевой и треоновой кислот. Скорость разрушения витамина возрастает с повышением температуры, в щелочной среде, под действием УФ-лучей, в присутствии солей тяжелых металлов (например, меди). Аскорбиновая кислота разрушается в процессе приготовления пищи и хранения продуктов.

2.Метаболизм.Аскорбиновая кислота всасывается путем простой диффузии на всем протяжении желудочно-кишечного тракта, но преимущественно в тонком кишечнике. В организме не накапливается.

3.Биологическая роль.

1) Окислительно-восстановительные реакции. Аскорбиновая кислота является сильным восстановителем с окислительно-восстановительным потенциалом +0,08 в и участвует в восстановлении молекулярного кислорода, нитратов и цитохромов а и с.

2) Витамин С участвует в гидроксилировании остатков пролина и лизина в процессе биосинтеза коллагена. ОН-группы гидроксипролина необходимы для стабилизации структуры коллагена, формируя водородные связи между цепями триплетной спирали зрелого коллагена. Гидроксилизин в коллагене служит для образования участков связывания с полисахаридами. Витамин С необходим для формирования костной ткани, поскольку основными компонентами костной ткани являются органический матрикс, коллаген, неорганический кальций и фосфаты.

3) Витамин С участвует в метаболизме тирозина. При синтезе катехоламинов норадреналина и адреналина из тирозина в надпочечниках и центральной нервной системе происходит окисление Cu⁺ в Cu²⁺; для обратного процесса восстановления меди необходима аскорбиновая кислота. Кроме того, аскорбиновя кислота требуется для окисления p-гидроксифенилпирувата в гомогентизиновую кислоту.

4) Витамин С необходим для гидроксилирования триптофана в гидрокситриптофан при биосинтезе серотонина.

5) Витамин С участвует в биосинтезе желчных кислотиз холестерина.

6) Синтез кортикостероидных гормонов. В коре надпочечников содержится высокая концентрация витамина С, особенно в период стресса. Предполагают, что витамин С необходим для синтеза кортикостероидов.

7) Метаболизм железа и гемоглобина. Аскорбиновая кислота повышает всасывание железа из кишечника путем его восстановления в Fe²⁺. Витамин С участвует в образовании ферритина и высвобождение железа из связи его с транспортным белком крови трансферрином. Витамин С способствует восстановлению метгемоглобина в гемоглобин и участвует в деградации гемоглобина до желчных пигментов.

8) Метаболизм фолиевой кислоты. Активной формой фолиевой кислоты является тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК). Витамин С необходим для образования ТГФК. Вместе с ТГФК аскорбиновая кислота участвует в созревании эритроцитов.

9) Витамин С является водорастворимым антиоксидантом и защищает клетки от повреждения свободными радикалами. Антиоксидантная функция аскорбиновой кислоты объясняется ее способностью легко отдавать два атома водорода, используемых в реакциях обезвреживания свободных радикалов.

4.Источники. В организме человека, обезьян, морских свинок и некоторых птиц витамин С не синтезируется. Источником витамина С служит растительная пища. Особенно им богаты перец, черная смородина, укроп, петрушка, капуста, щавель, цитрусовые, земляника.

5.Суточная потребность70-120 мг.

6.Гиповитаминозпроявляется повышенным утомлением, снижением аппетита, сниженной устойчивостью к простудным заболеваниям, кровоточивость десен. Авитаминоз приводит к заболеванию цингой (скорбутом). Главными симптомами цинги являются нарушение проницаемости капилляров, обусловленное недостаточностью гидроксилирования пролина и лизина в коллагене, расшатывание и выпадение зубов, отеки и боли в суставах, поражение костей, нарушение заживления ран. Смерть обычно наступает от кровоизлияния в полость перикарда. При гиповитамизозе С развивается железодефицитная анемия из-за нарушения всасывания железа и использования его запасов при синтезе гемоглобина.

Витамин В₁ (тиамин, антиневритный витамин)

1.Структура.Витамин В₁ был первым витамином, выделенным в кристаллическом виде К.Функом в 1912 г. Позже был осуществлен его химический синтез. Свое название – тиамин – получил из-за наличия в составе его молекулы атома серы и аминогруппы. Тиамин состоит из 2-х гетероциклических колец – аминопиримидинового и тиазолового. Последнее содержит каталитически активную функциональную группу – карбанион (относительно кислый углерод между серой и азотом).

Тиамин устойчив в кислой среде и выдерживает нагревание до высокой температуры. В щелочной среде витамин быстро разрушается.

2.Метаболизм.В желудочно-кишечном тракте различные формы витамина гидролизуются с образованием свободного тиамина. Большая часть тиамина всасывается в тонком кишечнике с помощью специального механизма активного транспорта, остальное количество расщепляется тиаминазой кишечных бактерий. С током крови всосавшийся тиамин попадает вначале в печень, где фосфорилируется, а затем переносится в другие органы и ткани.

тиаминпирофосфаткиназа

АТФ + тиамин тиаминпирофосфат + АМФ

Витамин В₁ присутствует в различных органах и тканях как в форме свободного тиамина, так и его фосфорных эфиров: тиаминмонофосфата, тиаминдифосфата и тиаминтрифосфата. Основной коферментной формой (60-80% от общего внутриклеточного) является тиаминпирофосфат (ТПФ).

После распада коферментов свободный тиамин выделяется с мочой и определяется в виде тиохрома.

3.Биологическая роль

1. ТПФ является коферментом 3-х полиферментных комплексов, которые катализируют окислительное декарбоксилирование кетокислот.

а) Пируватдегидрогеназный комплекс участвует в окислительном декарбоксилировании пирувата, что является одной из ключевых реакций в обмене углеводов. В результате этой реакции образуется ацетил-КоА, который включается в цикл трикарбоновых кислот, где окисляется до углекислоты и воды. Благодаря этой реакции создаются условия для полного окисления углеводов и утилизации всей заключенной в них энергии. Кроме того, образующийся ацетил-КоА служит источником для синтеза многих биологических продуктов: жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов, кетоновых тел и т.д.

б) α-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс входит в состав ЦТК и катализирует окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата с образованием сукцинил-КоА.

в) Дегидрогеназа кетокислот с разветвленным углеродным радикалом участвует в метаболизме валина, изолейцина и лейцина.

2. ТПФ является коферментом транскетолазы – фермента пентозофосфатного пути окисления углеводов, основными продуктами которого являются НАДФН и рибоза.

3. Витамин В₁ принимает участие в синтезе ацетилхолина, катализируя в пируватдегидрогеназной реакции образование ацетил-КоА.

4.Источники. Довольно много витамина содержится в пшеничном хлебе из муки грубого помола, в оболочке семян хлебных злаков, в сое, фасоли, горохе, дрожжах. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты тиамином печень, нежирная свинина, почки, мозг, яичный желток.

5.Суточная потребность составляет 2-3 мг.

6.Гиповитаминоз проявляется слабостью, снижением аппетита, тошнотой, нарушением периферической чувствительности, онемением пальцев, ощущением ползанья «мурашек», болями по ходу нервов. При авитаминозе развивается заболевание бери-бери, что в переводе с индийского означает овца, т.к.походка больного человека напоминает поступь овцы. Характерно поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Особая чувствительность нервной ткани к недостатку тиамина объясняется тем, что коферментная форма этого витамина необходима нервным клеткам для усвоения глюкозы.

Витамин В₂ (рибофлавин)

1.Структура. Витамин В₂ отличается от других витаминов желтым цветом (flavus – желтый). Рибофлавин впервые был выделен из кисломолочной сыворотки. Молекула рибофлавина состоит из гетероциклического изоаллоксазинового ядра, к которому в 9-м положении присоединен спирт рибитол (производное D-рибозы). Термином флавины обозначаются многие производные изоаллоксазина, обладающие В_в-витаминной активностью.

Биосинтез флавинов осуществляется растительными и многими бактериальными клетками, а также плесневыми грибками и дрожжами. Благодаря микробному биосинтезу рибофлавина в желудочно-кишечном тракте жвачные животные не нуждаются в этом витамине. У других животных и человека синтезированных в кишечнике флавинов недостаточно для предупреждения гиповитаминозов. Витамин В₂ хорошо растворим в воде, устойчив в кислой среде, но легко разрушается в нейтральной и щелочной, в также под действием видимого и УФ-света. Витамин В₂ легко подвергается обратимому восстановлению, присоединяя водород по месту двойных связей (1 и 10), превращаясь из оранжево-желтого раствора в бесцветную лейкоформу.

2.Метаболизм. В пище витамин В₂ находится преимущественно в составе своих коферментных форм, связанных с белками – флавопротеинов. Под влиянием пищеварительных ферментов витамин высвобождается и всасывается путем простой диффузии в тонком кишечнике. В клетках слизистой кишечника, крови, печени и других тканях рибофлавин фосфорилируется до флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД).

3. Биологическая роль.Основное значение витамина В₂ состоит в том, что он входит в состав флавиновых коферментов – ФМН и ФАД. Различают два типа реакций, катализируемых флавопротеинами:

1)Простые дыхательные системы – это прямое окисление субстрата с участием кислорода, перенос на него атомов водорода с образованием Н₂О₂ и выделением энергии в виде тепла: оксидазы L- и D-аминокислот, ксантиноксидаза (разрушение пуриновых азотистых оснований), альдегиддегидрогеназа (деградация альдегидов).

2)Участие в сложных дыхательных системах (полная и укороченная цепи переноса электронов во внутренней мембране митохондрий): сукцинатдегидрогеназа и ацил-КоА-дегидрогеназа (дегидрирование метаболита ЦТК сукцината и ацил-КоА при окислении жирных кислот и направление протонов и электронов в укороченную дыхательную цепь); НАДН-дегидрогеназа (перенос протонов и электронов от НАДН+Н⁺ матрикса митохондрий в полную цепь переноса протонов и электронов во внутренней мембране митохондрий, разделение потоков протонов и электронов); дигидролипоилдегидрогеназа (фермент окислительного декарбоксилирования α-кетокислот, переносящий протоны и электроны с восстановленного ФАД на НАД⁺ и последующем введении их в полную цепь переноса электронов внутренней мембраны митохондрий).

4.Источники.Основными источниками рибофлавина являются печень, почки, желток куриного яйца, творог. В кислом молоке витамина содержится больше, чем в свежем. В растительных продуктах витамина В₂ мало (исключение – миндальные орехи). Частично дефицит рибофлавина восполняется кишечной микрофлорой.

5.Суточная потребность 2-3 мг.

6.Гиповитаминоз. Недостаток витамина В₂, как и других витаминов, проявляется слабостью, повышенной утомляемостью, склонностью к простудным заболеваниям. К специфическим проявлениям недостаточности рибофлавина относятся воспалительные процессы в слизистых оболочках. Слизистая губ и полости рта становится сухой, язык приобретает ярко-красный цвет, в углах рта появляются трещины. Отмечается повышенное шелушение эпителия кожи, особенно на лице.

Витамин РР (витамин В₅, никотиновая кислота, никотинамид, ниацин; антипеллагрический витамин)

1.Структура.Витамин РР выделен К.Эвельгеймом в 1937 г. Его введение предохраняло от заболевания пеллагра или излечивало ее. РР означает противопеллагрический (preventive pellagra).

Никотиновая кислота является пиридин-3-карбоновой кислотой, никотинамид – ее амидом. Оба соединения в организме легко превращаются друг в друга и поэтому обладают одинаковой витаминной активностью.

Витамин РР плохо растворим в воде, но хорошо в водных растворах щелочей.

2.Метаболизм.Поступающий с пищей витамин РР быстро всасывается в желудке и кишечнике в основном путем простой диффузии. С током крови никотиновая кислота попадает в печень и другие органы, несколько медленнее проникает в них никотинамид. В тканях оба соединения преимущественно используются для синтеза коферментных форм НАД⁺ и НАДФ⁺. Часть никотинамидных коферментов синтезируется в организме животных из триптофана. Однако этот путь, в который вовлекается до 2% метаболического пула триптофана, значительно уступает по эффективности первому (т.е. из прямого витаминного предшественника).

3.Биологическая роль.Значение витамина РР определяется ролью коферментов НАД⁺ и НАДФ⁺.

1) НАД⁺ входит в состав дегидрогеназ, катализирующих окисительно-востановительные превращения пирувата, изоцитрата, α-кетоглутарата, малата и др. Эти реакции чаще локализованы в митохондриях и служат для освобождения энергии в сопряженных митохондриальных цепях переноса протонов и электронов.

2) НАДФ⁺ входит в состав дегидрогеназ (редуктаз), которые чаще локализованы в цитозоле или эндоплазматическом ретикулуме и служат для восстановительных синтезов (НАДФ-зависимые дегидрогеназы пентозофосфатного пути, синтеза жирных кислот и холестерина, микросомальные и митохондриальные монооксигеназные системы для синтеза желчных кислот, кортикостероидных гормонов).

3) НАД⁺ иНАДФ⁺ - аллостерические регуляторы ферментов энергетического обмена

4.Источники. Продукты животного (печень, мясо) и растительного происхождения (рис, хлеб, картофель). Молоко и яйца содержат следы ниацина, но в них содержится триптофан, что может компенсировать недостаточное поступление никотинамида с пищей.

5.Суточная потребность составляет 15-25 мг.

6.Гиповитаминоз. Характерным признаком недостаточности витамина РР является симптомокомплекс «три Д»: дерматит, диарея и деменция. В основе заболевания лежит нарушение пролиферативной активности и энергетики клеток. Дерматит чаще всего отмечается на открытых участках кожи, которая под действием солнечных лучей краснеет, покрывается пигментными пятнами (на лице в виде крыльев бабочки) и шелушится. Язык становится ярко-красным и болезненным, утолщается, на нем появляются трещины. Расстройство пищеварения проявляется тошнотой, отсутствием аппетита, болями в животе. Нарушается функция периферических нервов и центральной нервной системы.

Симптомы гиповитаминоза развиваются:

а) У лиц с недостатком белка в диете. Объясняется это тем, что животные белки содержат оптимальное количество аминокислоты триптофана, витамина В₆ и некоторые другие компоненты, необходимые для синтеза ниацина.

б)При постоянном питании маисом, где ниацин находится в связанной форме

в) При постоянном питании сорго, зерна которого содержат высокую концентрацию лейцина – ингибитора ключевого фермента превращения триптофана в НАД.

г) При дефиците витамина В₆ и его коферментных форм пиридоксальфосфата, необходимого для синтеза из триптофана коферментных форм.

Витамин В₆ (пиридоксин, антидерматитный витамин)

1.Структура. Витамин В₆ включает три природных производных пиридина, обладающих одинаковой витаминной активностью: пиридоксина, пиридоксаля, пиридоксамина, отличающихся друг от друга наличием соответственно спиртовой, альдегидной или аминогруппы. Витамин В₆ открыт в 1934 г. А.Сент-Дьердьи. Пиридоксин хорошо растворяется в воде и этаноле, устойчив в кислой и щелочной среде, но легко разрушается под действием света при рН=7,0.

2Метаболизм.Всосавшись в тонком кишечнике, все формы витамина с током крови разносятся к тканям и, проникая в клетки, фосфорилируются с участием АТФ. Коферментные функции выполняют два фосфорилированных производных пиридоксина: пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат.

3.Биологическая роль. Витамин В₆ характеризуется широким спектром биологического действия. Он принимает участие в регуляции белкового, углеводного и липидного обмена, биосинтезе гема и биогенных аминов, гормонов щитовидной железы и других биологически активных соединений. Коферментные формы витамина В₆ входят в состав следующих ферментов:

1) Аминотрансфераз аминокислот, катализирующих обратимый перенос NH₂-группы от аминокислоты на α-кетокислоту (образование заменимых аминокислот, непрямое дезаминирование и восстановительное аминирование аминокислот).

2) Декарбоксилаз аминокислот, отщепляющих карбоксильную группу аминокислот, что приводит к образованию биогенных аминов.

3) Ферментов, осуществляющих неокислительное дезаминирование серина, треонина, триптофана, серусодержащих аминокислот.

4) Мышечной фосфорилазы (распад гликогена).

4.Источники. Витамином В₆ богаты бобовые, зерновые культуры, мясные продукты, рыба, картофель. Он синтезируется кишечной микрофлорой, частично покрывая потребность организма в этом витамине.

5.Суточная потребность. 2-3 мг

6.Гиповитаминоз. Основными проявлениями недостаточности витамина В₆ являются гипохромная анемия и судороги. Отмечается развитие сухого себорейного дерматита, стоматита и глоссита. Чаще всего пиридоксиновая недостаточность:

а) наблюдается у маленьких детей при искусственном вскармливании стерилизованным молоком (разрушается витамин В₆), у беременных при токсикозах;

б) групповой недостаточности витаминов группы В;

в) подавлении микрофлоры антибиотиками;

г) у алкоголиков, поскольку ацетальдегид стимулирует дефосфорилирование пиридоксальфосфата