Кафедра биохимии Специальность «Фармация» (заочное отделение) Лекция: Витамины и коферменты Автор: к.б.н. Лобаева Татьяна Александровна

Определение, общие сведения об источниках, потребности и биологической активности витаминов Витамины – это органические химические соединения, которые являются необходимыми факторами для роста и развития, но не синтезируются в тканях человека. По этой причине витамины обычно поступают с растительной пищей или с продуктами животного происхождения. Большинство витаминов являются предшественниками коферментов, а некоторые соединения выполняют сигнальные функции. Суточная потребность в витаминах зависит от возраста, пола и физиологического состояния организма (период беременности и кормления ребенка, физические нагрузки).

Витамины Общие сведения При нормальном питании суточная потребность организма в витаминах удовлетворяется полностью. Недостаточное или неполноценное питание (например, несбалансированная диета у пожилых людей, недостаточное питание у алкоголиков, потребление полуфабрикатов) или нарушение процессов усвоения и использования витаминов могут быть причиной различных форм витаминной недостаточности, вплоть до авитаминоза. Важная роль в обеспечении организма рядом витаминов (К, B 12, H) принадлежит микрофлоре пищеварительного тракта. Поэтому дефицит витаминов может возникать вследствие лечения с использованием антибиотиков.

История открытия витаминов В ые годы нидерландский врач Христиан Эйкман искал ответ на вопрос: не может ли очищенный и неочищенный рис играть какую-либо роль в возникновении заболевания бери-бери у человека? Оказалось, что у заключенных тюрем, получавших очищенный рис, частота возникновения бери-бери была в 300 раз выше, чем у заключенных тюрем, где для приготовления пищи использовался неочищенный рис. В 1890 г. в статье «Полиневрит у цыплят» («Polyneuritis in Chickens») Э. описал сходство между полиневритом и бери-бери у человека, а также данные опытов с рисом. Он предположил, что в очищенный рис в процессе обработки может попадать какой- либо яд. В 1911 г. польский химик Казимир Функ выделил из рисовой шелухи вещество, препятствующее развитию этого заболевания. Это соединение, которое сегодня называется тиамином, или витамином В1, не содержится в очищенном от шелухи рисе. Функ предложил для подобных веществ термин «витамины» – от латинских слов «vita» (жизнь) и «amine» (азот). И хотя не все витамины содержат азот, термин этот сохранился.

Классификация витаминов По растворимости витамины подразделяются на жирорастворимые (А, D, E и К ) и водорастворимые. водорастворимые витамины разнообразны по химической структуре жирорастворимые витамины А, D, E и К в химическом отношении относятся к изопреноидам

Водорастворимые витамины Витамин В 1 тиаминантиневритический витамин, аневрин, бери-бери витамин, анти-бери-бери витамин Витамин В 2 рибофлавин стимулятор роста, витамин роста, витамин G, лактофлавин Витамин РРкислота никотиновая, никотинамид ниацин, антипеллагрический витамин, витамин В 3, ниацин амид, амид никотиновой кислоты Витамин В 5 кислота пантотеновая антидерматитный, фактор против дерматита цыплят, фильтратный фактор, пантотен, витамин B X Витамин В 6 пиридоксинадермин, фактор Y Витамин В 12 цианкобаламинантианемический витамин Витамин В С кислота фолиевая фолацин, птероилглутаминовая кислота, антианемический витамин; фактор роста цыплят; индекс "С" произведен от англ. chicken - цыпленок Витамин Скислота аскорбиновая противоцинготный витамин, противоскорбутный витамин Витамин Рбиофлавоноидыфлавоноиды, витамин проницаемости, капилляроукрепляющий витамин Витамин Нбиотин

Жирорастворимые витамины Витамин Аретинолаксерофтол, антиксерофтальмический витамин, антиинфекционный витамин Витамин D 2 эргокальциферолантирахитический витамин Витамин D 3 холекальциферолантирахитический витамин Витамин Етокоферолантистерильный витамин, витамин размножения Витамин Кнафтохиноныантигеморрагический витамин Витамин К 1 филлохинонантигеморрагический витамин Витамин К 2 менахинонантигеморрагический витамин, фарнохинон

Жирорастворимые витамины. Витамин А (ретинол) Витамин А (ретинол) является предшественником группы "ретиноидов", к которой принадлежат ретиналь и ретиноевая кислота. Ретинол образуется при окислительном расщеплении провитамина β-каротина. Ретиноиды содержатся в животных продуктах, а β- каротин в свежих фруктах и овощах (в особенности в моркови). Ретиналь обуславливает окраску зрительного пигмента родопсина. Ретиноевая кислота выполняет функции ростового фактора. При недостатке витамина А развиваются ночная ("куриная") слепота, ксерофтальмия (сухость роговой оболочки глаз), наблюдается нарушение роста.

Витамин А

Витамин D (кальциферол) Витамин D (кальциферол) при гидроксилировании в печени и почках образует гормон кальцитриол (1α,25- дигидроксихолекальциферол). Вместе с двумя другими гормонами (паратгормоном, или паратирином, и кальцитонином) кальцитриол принимает участие в регуляции метаболизма кальция. Кальциферол образуется из предшественника 7- дегидрохолестерина, присутствующего в коже человека и животных, при облучении ультрафиолетовым светом. Если УФ-облучение кожи недостаточно или витамин D отсутствует в пищевых продуктах, развивается витаминная недостаточность и, как следствие, рахит у детей, остеомаляция (размягчение костей) у взрослых. В обоих случаях нарушается процесс минерализации (включения кальция) костной ткани.

Витамин D

Витамин Е (токоферол) Витамин Ε включает токоферол и группу родственных соединений с хромановым циклом. Такие соединения содержатся только в растениях, особенно их много в проростках пшеницы. Для ненасыщенных липидов эти вещества являются эффективными антиоксидантами

Витамин Е

Витамин К (филлохинон) Витамин К общее название группы веществ, включающей филлохинон и родственные соединения с модифицированной боковой цепью. Недостаток витамина К наблюдается довольно редко, так как эти вещества вырабатываются микрофлорой кишечника. Витамин К принимает участие в карбоксилировании остатков глутаминовой кислоты белков плазмы крови, что важно для нормализации или ускорения процесса свертывания крови. Процесс ингибируется антагонистами витамина К (например, производными кумарина), что находит применение как один из методов лечения тромбозов.

Витамин К

Водорастворимые витамины. Витамин В 1 (тиамин) Витамин B 1 (тиамин) построен из двух циклических систем пиримидина (шестичленный ароматический цикл с двумя атомами азота) и тиазола (пятичленные ароматический цикл, включающий атомы азота и серы), соединенных метиленовой группой. Активной формой витамина Β 1 является тиаминодифосфат (ТДФ), выполняющий функцию кофермента при переносе гидроксиалкильных групп ("активированных альдегидов"), например, в реакции окислительного декарбоксилирования α- кетокислот, а также в транскетолазной реакции гексозомонофосфатного пути. При недостатке витамина Β 1 развивается болезнь бери-бери, признаками которой являются расстройства нервной системы (полиневриты), сердечно-сосудистые заболевания и мышечная атрофия.

Витамин В1

Витамин В 2 Витамин B 2 рибофлавин. В основе молекулы рибофлавина лежит гетероциклическое соединение изоаллоксазин (сочетание бензольного, пиразинового и пиримидинового колец), к которому в положении 9 присоединен пятиатомный спирт рибитол.молекулырибофлавина гетероциклическое соединение спирт Химическое название «рибофлавин» отражает наличие рибитола и желтой окраски препарата. Рибофлавин служит структурным элементом простетических групп флавинмононуклеотида [ФМН (FMN)] и флавинадениндинуклеотида [ФАД (FAD)]. ФМН и ФАД являются простетическими группами многочисленных оксидоредуктаз (дегидрогеназ), где выполняют функцию переносчиков водорода (в виде гидрид-ионов). Специфические заболевания, связанные с дефицитом рибофлавина неизвестны.

Витамин В2

Фолиевая кислота Молекула фолиевой кислоты (витамин B9, витамин Вc, фолацин, фолат) включает три структурных фрагмента: производное птеридина, 4-аминобензоат и один или несколько остатков глутаминовой кислоты. Продукт восстановления фолиевой кислоты тетрагидрофолевая (фолиновая) кислота [ТГФ (THF)] входит в состав ферментов, осуществляющих перенос одноуглеродных фрагментов (С 1 -метаболизм). Дефицит фолиевой кислоты встречается довольно часто. Первым признаком дефицита является нарушение эритропоэза (мегалобластическая анемия). При этом тормозятся синтез нуклеопротеидов и созревание клеток, появляются аномальные предшественники эритроцитов мегалоциты. При остром недостатке фолиевой кислоты развивается генерализованное поражение тканей, связанное с нарушением синтеза липидов и обмена аминокислот.

Фолиевая кислота

Фолиевая кислота и сульфаниламидные препараты В отличие от человека и животных микроорганизмы способны синтезировать фолиевую кислоту de novo. Потому рост микроорганизмов подавляется сульфаниламидными препаратами, которые как конкурентные ингибиторы блокируют включение 4- аминобензойной кислоты в биосинтез фолиевой кислоты. Сульфаниламидные препараты не могут оказывать воздействия на метаболизм животных организмов, поскольку они не способны синтезировать фолиевую кислоту.

Никотиновая кислота Никотиновая кислота (ниацин) и никотинамид (ниацинамид) (оба известны как витамин Β 5, витамин РР) необходимы для биосинтеза двух коферментов никотинамидадениндинуклеотида [НАД+ (NAD+)] и никотинамид аденин динуклеотид фосфата [НАДФ+ (NADP+)]. Главная функция этих соединений состоит в переносе гидрид-ионов (восстановительных эквивалентов). В животных организмах никотиновая кислота может синтезироваться из триптофана, однако биосинтез идет с низким выходом. Поэтому витаминный дефицит наступает лишь в том случае, если в рационе одновременно отсутствуют все три вещества: никотиновая кислота, никотинамид и триптофан. Заболевания. связанные с дефицитом ниацина, проявляются поражением кожи (пеллагра), расстройством желудка и депрессией.

Витамин РР

Пантотеновая кислота Пантотеновая кислота (витамин B 3 ) представляет собой амид α,γ-дигидрокси-β,β-диметилмасляной кислоты (пантоевой кислоты) и β-аланина. Соединение необходимо для биосинтеза кофермента А [КоА (СоА)] принимающего участие в метаболизме многих карбоновых кислот. Пантотеновая кислота также входит в состав простетической группы ацилпереносящего белка (АПБ) Поскольку пантотеновая кислота входит в состав многих пищевых продуктов, авитаминоз из-за дефицита витамина В 3 встречается редко.

Пантотеновая кислота

Витамин В 6 Витамин В 6 групповое название трех производных пиридина: пиридоксаля, пиридоксина и пиридоксамина. В формуле пиридоксаля в положении при С-4 стоит альдегидная группа (-С(О)Н); в пиридоксине это место занимает спиртовая группа (-CH 2 OH); а в пиридоксамине метиламиногруппа (-CH 2 NН 2 ). Активной формой витамина В 6 является пиридоксаль-5- фосфат (PLP), важнейший кофермент в метаболизме аминокислот. Пиридоксальфосфат входит также в состав гликоген-фосфорилазы, принимающей участие в расщеплении гликогена. Дефицит витамина В 6 встречается редко.

Витамин В6

Витамин В 12 Витамин В 12 (кобаламины; лекарственная форма цианокобаламин) - комплексное соединение, имеющее в основе цикл коррина и содержащее координационно связанный ион кобальта. Этот витамин синтезируется лишь в микроорганизмах. Из пищевых продуктов он содержится в печени, мясе, яйцах, молоке и полностью отсутствует в растительной пище (на заметку вегетарианцам!). Витамин всасывается слизистой желудка только в присутствии секретируемого (эндогенного) гликопротеина, так называемого внутреннего фактора. Назначение этого мукопротеида заключается в связывании цианокобаламина и тем самым в защите от деградации. В крови цианокобаламин также связывается специальным белком, транскобаламином. В организме витамин В 12 запасается в печени.

Витамин В12

Витамин В 12 (продолжение) Производные цианокобаламина являются коферментами, принимающими участие, например, в конверсии метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА, биосинтезе метионина из гомоцистеина. Производные цианокобаламина принимают участие в восстановлении рибонуклеотидов бактериями до дезоксирибонуклеотидов. Витаминный дефицит или нарушение всасывания витамина В 12 связаны главным образом с прекращением секреции внутреннего фактора. Следствием авитаминоза является пернициозная анемия.

Витамин С Витамин С (L-аскорбиновая кислота) представляет собой γ-лактон 2,3- дегидрогулоновой кислоты. Обе гидроксильные группы имеют кислотный характер, в связи с чем при потере протона соединение может существовать в форме аскорбат-аниона. Ежедневное поступление аскорбиновой кислоты необходимо человеку, приматам и морским свинкам, поскольку у этих видов отсутствует фермент гулонолактон-оксидаза (КФ ), катализирующий последнюю стадию конверсии глюкозы в аскорбат. Источником витамина С являются свежие фрукты и овощи. Аскорбиновую кислоту добавляют во многие напитки и пищевые продукты в качестве антиоксиданта и вкусовой добавки. Витамин С медленно разрушается в воде.

Витамин С

Витамин С (продолжение) Аскорбиновая кислота в качестве сильного восстановителя принимает участие во многих реакциях (главным образом в реакциях гидроксилирования). Из биохимических процессов с участием аскорбиновой кислоты следует упомянуть синтез коллагена, деградацию тирозина, синтезы катехоламина и желчных кислот. Суточная потребность в аскорбиновой кислоте составляет 60 мг величина, не характерная для витаминов. Сегодня дефицит витамина С встречается редко. Дефицит проявляется спустя несколько месяцев в форме цинги (скорбута). Следствием заболевания являются атрофия соединительных тканей, расстройство системы кроветворения, выпадение зубов.

Витамин Н Витамин H (биотин) содержится в печени, яичном желтке и других пищевых продуктах; кроме того, он синтезируется микрофлорой кишечника. В организме биотин (через ε-аминогруппу остатка лизина) связан с ферментами, например с пируваткарбоксилазой (КФ ), катализирующими реакцию карбоксилирования. При переносе карбоксильной группы два N-атома молекулы биотина в АТФ-зависимой реакции связывают молекулу СО 2 и переносят ее на акцептор. Биотин с высоким сродством (Kd = М) и специфичностью связывается авидином белка куриного яйца. Так как авидин при кипячении денатурируется, дефицит витамина H может наступить только при употреблении в пищу сырых яиц.

Витамин Н

Проверочный тест 1. Какое соединение не является сложным белком? А) миоглобин Б) карбоксипептидаза В) цитохромоксидаза Г) вителлин Д) амилаза 2. Выберите витамины с антиоксидантными свойствами А) витамин Е Б) витамин Р В) витамин К Г) витамин А Д) витамин D