Жирорастворимые витамины. Жирорастворимые витамины (липовитамины) – это витамины, растворимые в жирах

Жирорастворимые витамины (липовитамины) – это витамины, растворимые в жирах. К данной группе относятся витамины А, Д, Е, К, F, Q.

Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический,
аксерофтол)

Изучение витамина А начато в 1909 г., синтез осуществлен
в 1933 г.

1. Химическое строение и свойства

Витамин А – продукт конденсации b-ионового кольца, двух остатков изопрена и первичного спирта. По химической природе витамин А – группа циклических ненасыщенных одноатомных спиртов с большим числом сопряженных двойных связей. Данные спирты представляют собой кристаллические вещества лимонно-желтого цвета с температурой плавления от 59 до 64 ^оС в зависимости от вида геометрического изомера.

H₃C CH₃

C CH₃ CH₃

| | |

H₂C C – CH = CH – C = CH – CH = CH – C = CH – CH₂OH

H₂C C – CH₃

CH₂ витамин А (ретинол)

Известны три витамина этой группы: А₁, А₂ (у них все двойные связи находятся в транс-конфигурации) и неовитамин А (цис-форма витамина А₁). Витамин А₂ отличается от А₁ присутствием дополнительной двойной связи между третьим и четвертым углеродными атомами шестичленного цикла. Витамин А₂ в 2–3 раза менее активен, чем витамин А₁. Формула витамина А₁ – С₂₀Н₃₀О, формула витамина А₂ – С₂₀Н₂₈О.

2. Симптомы недостаточности витамина А

Витамин А – витамин роста, витамин, защищающий кожу и зрение.

Симптомы А-авитаминоза: кератинизация – сухость и слущивание эпителия, ороговение эпителиальной ткани, поражение глаз и ухудшение зрения; ксерофтальмия – сухость и воспаление роговицы; кератомаляция – размягчение роговицы с последующим некрозом и изъязвлением; сумеречная или "куриная" слепота – нарушение сумеречного зрения. Повышенному ороговению подвергается и эпителий кожи, что приводит к возникновению кожных заболеваний. Особенно опасны изменения эпителия, выстилающего слизистые оболочки дыхательных путей (бронхиты, катары дыхательных путей), кишечника (колиты). При недостаточности витамина А ослабевают механизмы иммунитета, наблюдается торможение роста, падение в массе, общее истощение организма.

3. Биологическая роль

В организме витамин А существует в нескольких формах: спирт, альдегид, кислота, эфир. Формы витамина А связаны взаимными переходами:

О О

А – СН₂ОН А – С А – С

Н Н

Механизм участия витамина А в поддержании нормального подддержания эпителиальных тканей неизвестен, но роль его в обеспечении остроты зрения выяснена.

Спирт является резервом витамина А в тканях. Кислота способствует нормальному росту. Альдегид (ретиналь) в виде цис-изомера является простетической группой белка опсина, который под воздействием витамина А переходит в белок родопсин (зрительный пурпур). Родопсин – это основное светочувствительное вещество сетчатки (ретины) глаза, отсюда и второе название витамина А ретинол. Родопсин был открыт Ф. Боллом в 1876 г. Опсин имеет молярную массу 38 850, содержит два олигосахаридных фрагмента, соединенных с полипептидной цепью из 348 аминокислотных остатков, чередование которых выяснено.

Важное проявление механизма действия витамина А заключается в его участии в регуляции проницаемости мембран, а также в транспорте моносахаридов, необходимых для биосинтеза гликопротеинов. Несомненно витамин А оказывает влияние на усвоение белков пищи и их обмен в организме, а также на некоторые стороны обмена липидов, в том числе убихинона, сквалена, холестерина и частично фосфолипидов.

Предполагают участие витамина А в окислительно-восстано-вительных реакциях: поскольку в молекуле витамина А имеются двойные связи, он способен образовывать пероксиды, повышающие скорость окисления других соединений.

Активность витамина А выражают в международных (интернациональных) единицах: 1 МЕ витамина А соответствует 3 × 10^-4 мг
(1 мг = 3300 МЕ), или 0,3g (g = 10^-6 г).

4. Содержание в пищевых продуктах

Витамин А в активной форме содержится только в продуктах животного происхождения, особенно много его в печени морских животных и рыб (мг/100 г): в рыбьем жире – 15, печени трески – 4, сливочном масле – 0,5, молоке – 0,025.

По содержанию витамина А жиры подразделяются на низковитаминные (2000 МЕ в 1 г жира) и высоковитаминные. Примером высоковитаминных жиров является "Витамин А в жире". Выделяют два вида "Витамина А в жире" – с содержанием витамина А от 2000 до 10 000 МЕ и свыше 10000 МЕ в 1 г.

Высоковитаминные жиры используют для получения витаминных концентратов (содержание витамина А > 100 000 МЕ в 1 г жира). Концентраты витамина А применяются в медицине, а также для витаминизации пищевых продуктов.

В растительной пище (красно-мякотные овощи: морковь, перец, томаты и др.; зеленые части растений) содержатся только провитамины витамина А – каротиноиды (С₄₀Н₅₆) (a, b, g-каротиноиды). Известно 80 каротиноидов. В организме человека и животных в кишечной стенке из одной молекулы b-каротина (С₄₀Н₅₆) образуется две молекулы активного витамина А:

С₄₀Н₅₆ + 2Н₂О 2С₂₀Н₃₀О

провитамин активный

витамин А

Больше всего b-каротина (мг/100 г) содержится в моркови – 9, красном перце – 2, помидорах – 1, сливочном масле – 0,2–0,4.

Суточная потребность человека – 1–3 мг или 3300–10000 МЕ.

Витамин Д (антирахитический фактор, кальциферол)

Изучение витамина начато в 1916 г., в 1931 г. осуществлен синтез.

1. Структура витамина группы Д

Как и витамин А, витамин Д существует в виде нескольких витамеров. Название кальциферолы объединяет группу родственных соединений, обладающих антирахитической активностью. Важнейшие из них – эргокальциферол (витамин Д₂), холекальциферол (витамин Д₃), дегидрокальциферол (витамин Д₄).

Витамины Д₃ и Д₂ – полициклические высокомолекулярные непредельные одноатомные спирты.

Основное отличие структуры кальциферолов от других стероидных соединений состоит в размыкании одного кольца фенантрена, появлении в молекуле трех сопряженных двойных связей и метиленовой группы вместо метильной.

Витамин Д₂ характерен для растительных объектов, его провитамином является эргостерол.

эргостерол

СН₃

- СН₂ – СН = СН – СН

СН

СН₃ /

CH₃ СН₃ СН₃

₃

УФ

НО

СН₃

|

СН₃ СН₂ – СН = СН – СН – СН₃

| |

CH₃ СН₃

СН₂

эргокальциферол

НО

Витамин Д₃ содержится в организме животных в виде провитамина холестерола. Только печеночные жиры некоторых рыб, в том числе трески, содержат витамин Д₃ в биологически активной форме.

7-Дегидрохолестерол (предшественник витамина Д₃) эндогенно синтезируется в коже – под влиянием ультрафиолетовых лучей превращается в витамин Д₃:

7-дегидрохолестерол

СН₃

|

СН₃ СН – (СН₂)₃ – СН – СН₃

|

СН₃

СН₃

УФ

НО

CH₃ CH₃

| |

CH₃ CH – (CH₂)₃ - CH

|

CH₃

CH₂

холекальциферол (витамин Д₃)

HO

2. Симптомы недостаточности витамина Д

Недостаток витамина Д приводит к возникновению рахита. При этом заболевании задерживается зарастание швов между костями черепа, которые избыточно разрастаются; увеличиваются лобные бугры. Деформируются и другие кости. Вследствие недостаточного окостенения реберных хрящей грудная клетка приобретает неправильную форму. Кости ног под влиянием тяжести тела искривляются. Мышцы становятся дряблыми, их тонус понижается, увеличивается живот. Рахит тормозит общее развитие ребенка. Задерживается прорезывание зубов, а сами зубы легко разрушаются. Кроме того, часто наблюдаются желудочно-кишечные расстройства, развивается малокровие, ребенок становится легко подверженным другим заболеваниям.

Для взрослого организма характерно появление таких симптомов, как остеопороз (хрупкость, ломкость костей) и остеомаляция (размягчение костей).

3. Биологическая роль

Витамин Д контролирует фосфорно-кальциевый обмен. Основные функции витамина Д в организме связаны с обеспечением транспорта Са и Р через биологические мембраны, поддерживают нормальный уровень Са и Р в сыворотке крови, регулируют минерализацию костей, влияют на процессы тканевого дыхания. Всасывание, перенос кальция и кальцифекация костей регулируются не непосредственно витамином Д₃, а его гормонально активным метаболитом, содержащим окси-группы в 1-м и 25-м положениях. Данный метаболит, связываясь с ядерными рецепторами, обеспечивает биосинтез информационной РНК для наработки кальций связывающих белков и гормонов (кальцитонин и паратгормон), регулирующих обмен кальция.

Суточная потребность в витамине Д детей до 6 лет – от 500 до 1000 МЕ, а более старших – 100 МЕ (1 МЕ = 0,025 мкг витамина Д или активности 0,01 мл усредненного медицинского жира).

4. Содержание в пищевых продуктах

Кальциферол содержится в продуктах животного происхождения (мг/100 г): в рыбьем жире – 125, печени трески – 100, говяжьей печени – 2,5, яйцах – 2,2, молоке – 0,05. Потребность организма человека и животного частично удовлетворяется за счет образования кальциферола из провитамина Д в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей.

Витамин Е (антистерильный, токоферолы)

Первые сведения о витамине Е появились в 1922 г., в 1936 г. из масла пшеничных зародышей и хлопкового масла были получены три производных бензопирана, которые оказались витамерами витамина Е – a-, b- и g-токоферолы. В 1938 г. был синтезирован a-токоферол.

1. Структура и свойства

Витамин Е – группа производных хромана; иначе называются токоферолами (от греч. tocos – потомство, fero– несу). Известны семь токоферолов, наиболее распространены a-, b- и g-токоферолы
(a-токоферол – С₂₉Н₅₀О₂, b-токоферол – С₂₈Н₄₈О₂, g-токоферол – С₂₈Н₄₈О₂).

Они различаются числом и положением метильных групп в кольце хромана, имеют одинаковую боковую цепь – спирт фитол. Наибольшей активностью обладает a-токоферол – светло-желтое маслянистое вещество, легко окисляется, быстро утрачивает биологическую активность, разрушается под воздействием ультрафиолетовых лучей, относительно устойчив к нагреванию.

2. Симптомы недостаточности витамина Е

При недостаточности витамина Е характерны следующие явления:

- нарушение эмбриогенеза (развитие плода в организме матери), резорбции (рассасывание) плода и плаценты при беременности;

- дегенерация семенников: снижение подвижности сперматозоидов и прогрессирующая дегенерация зародышевого эпителия с атрофией и уменьшением массы семенников;

- мышечная дистрофия с коагулирующим некрозом мышечных клеток, атаксией, параличами;

- макроцитарная (крупноклеточная) анемия у обезьян и человека, сопровождающаяся снижением продолжительности жизни эритроцитов и нарушением эритропоэза (разрушение эритроцитов) в костном мозгу;

- повышенная чувствительность эритроцитов к перекисному гемолизу.

Е-авитаминоз и гиповитаминоз – явление редкое, так как витамин Е откладывается во многих тканях (в основном – в жировой).

3. Биологическая роль

Конкретный механизм действия витамина Е на молекулярном уровне окончательно не расшифрован. Одной из наиболее разработанной гипотез является антиоксидантная гипотеза. Токоферолы – биологические антиоксиданты, инактивирующие свободные радикалы, препятствующие развитию нерегулируемых неферментативных цепных свободно-радикальных процессов пероксидного окисления ненасыщенных тканевых липидов молекулярным О₂. Так как ненасыщенные липиды являются компонентами липопротеинов мембран клеток и субклеточных органелл, то усиление их пероксидного окисления при снижении концентрации токоферола приводит к повреждению структуры, нарушению проницаемости и функциональной активности клеточных и субклеточных мембран. Этот дефект и лежит в основе биохимических, морфологических и клинических проявлений недостаточности витамина Е.

4. Содержание в пищевых продуктах

Токоферолы распространены в растительных объектах (мг/100 г), особенно в семенах злаков и растительных маслах (в соевом – 115, хлопковом – 99, подсолнечном – 42), крупах – 2–15, салате, капусте.

Суточная потребность в витамине Е – 15–30 МЕ (1 МЕ = 1 мг витамина Е).

Витамин К (филлохинон, менахинон,
антигеморрагический фактор)

Первые факты существования витамина К стали известны
в 1929 г. Дальнейшие работы привели к открытию двух природных витаминов К₁ и К₂, которые оказались производными нафтохинона. Витамин К₁ был получен в 1939 г. В 1942 г. А.В. Палладин синтезировал препарат викасол.

1. Структура и свойства

Витамины группы К представлены двумя рядами хинонов: филлохинонами (витаминами К₁-ряда) и менахинонами (витаминами
К₂-ряда). Основой молекул является 1,4-нафтохинон.

Витамин К₁ – желтоватая маслянистая жидкость с температурой кипения 115…145 ^оС.

Витамин К₂ представляет собой желтые кристаллы с температурой плавления 54 ^оС.

Филлохиноны (К₁) обнаружены в растениях, в положении 3 имеют остаток фитола из 20 С-атомов и называются a-филлохинононами. Витамин К₂ синтезируется микроорганизмами, его боковая цепь представлена остатками сквалена.

В животных тканях нафтохиноны представлены филлохинонами и менахинонами алиментарного происхождения (поступают с пищей), а также менахинонами, которые образуются в организме из филлохинона. Имеется несколько синтетических производных нафтохинона с К-витаминной активностью – витамин К₃ (метилбензохинин), викасол – производное витамина К₃, бисульфидное соединение метилнафтохинона, метинон, фтиокол.

Наибольшей биологической активностью обладает витамин К₁:

O

||

CH₃

CH₃ CH₃ CH₃

| | |

СH₂–CH=C–(CH₂)₃–CH–(CH₂)₃–CH–(CH₂)₃–CH–CH₃

O |

CH₃

витамин К₁ (2-метил-3-фетил-1,4-нафтохинон)

Витамин К₁ устойчив к действию О₂, температуре. Под влиянием щелочи и света витамин К разрушается и теряет биологическую активность.

2. Симптомы недостаточности витамина К

При авитаминозе К появляются подкожные и внутримышечные кровоизлияния – геморрагии (от греч. haimorragia), снижается скорость свертывания крови. Первичная недостаточность витамина К у взрослых людей наблюдается редко. Объясняется это тем, что потребность в нем обычно обеспечивается поступлением с пищевыми продуктами, где он широко распространен, а также за счет его синтеза кишечными бактериями. Дефицит витамина К нередко наблюдается у новорожденных детей из-за низкого его содержания в молоке и отсутствия в кишечнике синтезирующей его микрофлоры.

Вторичная недостаточность витамина К возникает вследствие болезней печени, особенно обтурационной желтухи, хронических заболеваний кишечника, при лечении сульфаниламидами и антибиотиками, угнетающими кишечную микрофлору, а также под влиянием лечения препаратами, являющимися антагонистами витамина К.

3. Биологическая роль

Витамин К участвует в окислительном фосфорилировании. Из митохондрий микробных и растительных клеток, а также из хлоропластов были выделены филлохинонредуктаза, менадионредуктаза, в которых витамин К выполняет коэнзимную функцию. Нафтохиноны наряду с бензохинонами присутствуют в составе фотосинтетической системы и участвуют в переносе световой энергии к хлорофиллу.

Витамина К оказывает действие на генетическом уровне, участвует в биосинтезе факторов свертывания крови (протромбина и других белков), стимулируя ДНК-зависимый синтез соответствующей мРНК

4. Содержание в пищевых продуктах

Содержится в томатах, капусте, тыкве, печени животных, зеленых кормах и травяной муке, в листьях каштана, ягодах рябины.. Кишечная микрофлора является поставщиком витамина К для животных и человека.

Суточная потребность – 1,0–1,5 мг.

Витамин F

Витамин F представляет собой комплекс ненасыщенных жирных кислот. В 1928 г. Гоген и Гантер предложили считать данные кислоты витамином.

1. Структура и свойства.

Витамин F (от англ. fat– жир) – набор незаменимых полиненасыщенных жирных кислот: линолевая С₁₈², линоленовая С₁₈³, арахидоновая С₂₀⁴. Наиболее биологически активны арахидоновая и линолевая кислоты. Линоленовая кислота усиливает действие линолевой кислоты.

2. Симптомы недостаточности

Недостаток витамина F приводит к склерозу сосудов, снижению устойчивости к инфекционным заболеваниям, нарушению обмена холина, холестерола, фосфора.

3. Биологическая роль

Механизм действия витамина F не известен. Однако установлено, что биологическая активность ненасыщенных жирных кислот связана с наличием двойных связей между 6-м и 7-м, 9-м и 10-м углеродными атомами. Обладают высокой биологической активностью. Арахидоновая кислота является предшественником простагландинов. Из нее синтезированы около 20 различных простогландинов. Ряд простагландинов влияет на деятельность гладких мышц, сосудов матки и других органов и тканей; их используют для лечения гипертонической болезни, облегчения родов, прерывания беременности.

Витамин F усиливает выведение из организма холестерина, что препятствует развитию атеросклероза.

4. Содержание в пищевых продуктах.

Содержатся в растительных маслах: кукурузном, льняном, подсолнечном.

Суточная потребность – 1 г ненасыщенных жирных кислот или 20–25 мл растительного масла.

Витамин Q (убихинон)

По строению и функциям близок к витаминам Е и К, поэтому формально зачислен в состав витаминов. В 1955 г. был впервые выделен из жира животных.

1. Структура и свойства

Витамин Q – это компонент дыхательной цепи. Он найден в микроорганизмах, растениях, организмах человека и животных.

Убихинон – производное бензохинона, имеющее полиизопреноидную боковую цепь. Число изопреноидных ферментов боковой цепи колеблется от 6 до 10. Соединяясь с белком, убихинон образует убихинон-протеин, который является важной составной частью ансамблей оксидоредуктаз, при посредстве которых осуществляется перенос атомов водорода и электронов.

Убихиноны принимают активное участие в окислительно-восстановительных процессах в животном организме, осуществляя передачу атомов водорода. В растениях данную функцию выполняет аналог убихинона пластохинон.

2. Симптомы недостаточности

Симптомами Q-авитаминоза являются пониженнная активность, повышенная утомляемость, слабость. Убихинон (n = 10) обладает положительным терапевтическим эффектом, применяется в терапии сердечно-сосудистых заболеваний.

3. Биологическая роль

Витамин Q является компонентом дыхательной цепи.

4. Содержание в тканях

Источниками витамина Q являются растительные и животные ткани, для которых характерны интенсивные окислительно-восстановительные процессы. Высокая концентрация убихинона характерна для сердечной мышцы, печени, а также для бурой жировой ткани животных, которые впадают в зимнюю спячку.