Химическая структура водорастворимых витаминов

Химическая структура водорастворимых витаминов

Водорастворимые витамины

Характерной особенностью витаминов группы В является относительно изученный механизм их действия. Почти для каждого витамина известна его активная форма, которая участвует в построении определенного фермента, входя в состав его кофермента.

Витамины группы В в основном не синтезируются в организме человека.

Тиамин — витамин B1

Этот витамин впервые получил в чистом виде К. Функ. Его химическая структура характеризуется наличием амин-ной группы и атома серы:

Спиртовая группа витамина обусловливает его способность образовывать с кислотами сложные эфиры. Так, с двумя молекулами фосфорной кислоты тиамин образует сложный эфир — тиамин-пирофосфат, который является коферментом декарбоксилаз. Эти ферменты катализируют окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты и других кетокислот. При этом пировиноградная кислота превращается в активную уксусную кислоту (ацетилКоА), которая является основным энергетическим материалом организма.

Помимо этого, тйаминпирофосфат (ТПФ) блокирует аце-тилхолинэстеразу (фермент, расщепляющий ацетилхолин, передатчик нервных импульсов), участвует в процессах образования жиров из белков и т. д.

₁«>
Рис. 23. Судороги у голубя при авитаминозе В₁

При отсутствии витамина В₁ в организме развивается болезнь — специфический полиневрит, известный под названием «бери-бери» (рис, 23, 24). Причиной этого является нарушение дальнейших превращений пировиноградной кислоты и ее накопление, особенно в миокарде, мозге, печени, почках, что приводит к различным нарушениям обмена веществ (рис. 23). Заболевание проявляется следующими клиническими симптомами: специфическим поражением нервных стволов, болезненностью в области сердца и учащением его ритма, развитием отеков на нижних конечностях, животе, ослаблением перистальтики и секреции желудка, появлением запоров, судорог, параличами мышц с последующей их атрофией (рис. 24).

Рис. 24. Атрофия мышц при бери-бери

Гиповитаминоз витамина B₁ проявляется быстрой утомляемостью, повышенной раздражительностью,, снижением аппетита, мышечной слабостью и понижением резистентности организма.

В значительных количествах витамин В₁ содержится в отрубях злаковых, хлебе грубого помола, дрожжах. Из продуктов животного происхождения витамином богаты печень, почки, сердце.

Суточная потребность составляет 1-3 мг.

Рибофлавин — витамин В2

Химическая структура витамина В₂ довольно сложная. Он состоит из спирта рибитола и изоаллоксазина и обладает высокой специфичностью:

Биологическое значение рибофлавина заключается в том, что он участвует в построении коферментов (флавинаденинмоно- и динуклеотидов), которые входят в состав флавиновых ферментов. Они катализируют процессы тканевого дыхания, дезаминирования аминокислот, синтеза и распада жирных кислот и т. д. Таким образом, витамин В₂ контролирует важные процессы обмена веществ в организме.

Авитаминоз витамина В₂ проявляется задержкой роста, дерматитом (рис. 25), васкуляризацией роговицы (прорастание роговицы глаза кровеносными сосудами), выпадением волос, атрофией сосочков языка (глоссит), урежением пульса. Со стороны нервной системы авитаминоз характеризуется параличами и судорогами.

Рис. 25. Арибофлавиноз у человека. 1 — до лечения; 2 после лечения рибофлавином

Гиповитаминоз проявляется развитием аналогичных признаков в более слабой степени.

Источниками, богатыми витамином В₂, являются продукты растительного происхождения, дрожжи, бобы. Много витамина в молоке, сыре, яйцах, мясе.

Потребность в сутки для взрослых людей составляет 1,5-2,5 мг.

Никотиновая кислота — витамин РР

Никотиновая кислота была известна давно, однако о ее витаминных свойствах впервые упоминается в 20-х годах нашего столетия, когда Гольдбергер применил никотиновую кислоту для лечения пеллагроподобного заболевания у собак («черный язык») и получил хорошие результаты.

Витамин РР (антипеллагрический) представляет собой по химической структуре производное пиридина и имеет следующую структуру:

Витаминной активностью также обладает и его амид — никотинамид:

Биологическое значение никотинамида заключается в том, что он является составной частью коферментов НАД и НАДФ (никотинамидадениндинуклеотид и никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Последние входят в состав дегидрогеназ — ферментов, которые катализируют реакции биологического окисления, участвуют в процессах распада углеводов, синтеза жирных кислот и фосфолипидов, обмене аминокислот и др. В организме витамин РР синтезируется из аминокислоты триптофана (провитамин РР).

Авитаминоз никотиновой кислоты проявляется пеллагрой.

Рис. 26. Пеллагра. Специфический дерматит, располагающийся симметрично на не защищенных одеждой поверхностях тела (по Гаррису)

Это заболевание характеризуется появлением специфических дерматитов на открытых частях тела (лицо, шея, руки), т. е. на тех участках, которые подвергаются воздействию солнечной радиации (рис. 26). Пеллагра сопровождается диареей (сильными поносами), деменцией (кратковременной потерей памяти). Поэтому пеллагру часто называют болезнью «трех D» — понимая йод этим ее три основные симптома — дерматит, диарею, деменцию. Кроме этого, отмечаются воспаления слизистой оболочки ротовой полости, нарушения сердечно-сосудистой системы и т. д.

Витамин РР содержится в больших количествах в отрубях, пивных дрожжах, печени, мясе.

В сутки для человека необходимо 15-20-25 мг в зависимости от рода трудовой деятельности, возраста и пола.

Потребность организма в витамине РР может быть в значительной мере покрыта за счет триптофана.

Пиридоксол витамин В6

Витамин В₆ по химической природе представляет собой производное пиридоксина. Биологически активным действием обладают два его аналога — пиридоксаль и ииридоксамин:

Для организма эти соединения имеют очень большое значение. Фосфорный эфир пиридоксаля — фосфопиридоксаль как кофермент принимает участие в процессах декарбоксилирования, переаминирования, пересульфирования аминокислот, синтеза пуриновых оснований, гемоглобина, креатина, обмена жира.

Авитаминоз витамина В₆ проявляется дерматитами, гипохромной анемией, поражением селезенки и зобной железы. У животных наблюдается отставание роста и поражение центральной нервной системы, которое проявляется в развитии судорог (рис. 27). Нарушаются процессы всасывания аминокислот и витамина В₁₂.

₆-авитаминоз у хомяков. 1 хомяк в возрасте 3 1 /₂ месяцев, не получавший пиридоксина; 2 контрольный хомяк того же возраста, ежедневно получавший но 50 ммк витамина В₆«>
Рис. 27. В₆-авитаминоз у хомяков. 1 хомяк в возрасте 3 1 /₂ месяцев, не получавший пиридоксина; 2 контрольный хомяк того же возраста, ежедневно получавший но 50 ммк витамина В₆

Гиповитаминоз характеризуется потерей аппетита, тошнотой, слабостью, развитием дерматитов на коже, потерей памяти, воспалением нервов.

Витамин В₆ содержится в больших количествах в пшеничных отрубях, пивных дрожжах, ячмене, кукурузе, печени, мясе.

Суточная потребность витамина составляет 2-3 мг.

Панготеновая кислота

Биологическое значение пантотеновой кислоты для организма состоит в том, что она входит в состав коэнзима А, обеспечивающего важнейшие реакции организма — реакции апеллирования. Так, он участвует в синтезе ацетилКоА функции которого весьма широки. Последний участвует в синтезе холестерина, жирных кислот, стероидных гормонов, ацетилхолина, гемоглобина, является основным источником энергии для организма.

Рис. 28. Пантотеновая недостаточность у свиней. Явление острого дерматита (по Эвансу)

Пантотеновая кислота необходима для человека и животных с целью предупреждения авитаминоза, при котором нарушается деятельность сердца, нервной системы, почек, желудочно-кишечного тракта, развиваются дерматиты, депигментация (обесцвечивание) волос, снижение аппетита и т. д. (рис. 28).

Источниками пантотеновой кислоты являются мясо, яйца, молоко, отруби, дрожжи, капуста, картофель

Потребность составляет для взрослых 10 мг в сутки, для детей — 15-20 мг.

Цианкобаламин — витамин В12

Витамин В₁₂ был открыт только в 1948 г. Структурной основой цианкобаламина является ядро, состоящее из 4 пиррольных колец, сходное с порфириновым скелетом гема гемоглобина и соединенное с группой CN и атомом кобальта. Содержание кобальта в витамине В₁₂ доходит до 4%.

Биохимические функции витамина В₁₂ окончательно еще не выяснены. Но то, что известно, характеризует его как витамин, который участвует во многих обменных процессах организма и обладает высокой биологической активностью.

Витамин В₁₂ относится к самым мощным антианемическим факторам, при его недостатке у человека развивается злокачественная анемия (болезнь Аддисона — Бирмера). Экспериментальные данные свидетельствуют о его участии в регуляции аминокислотного и белкового обмена. Так, наблюдалось увеличение содержания общего азота и нуклеиновых кислот в печени и снижение до нормы повышенной) уровня мочевины у животных, получавших витамин В₁₂. По-видимому, также он играет важную роль в обмене метильной группы, участвуя в процессах ее синтеза. Витамин В₁₂ следует рассматривать и как катализатор в синтезе пуриновых оснований. Этот витамин принимает участие в обмене углеводов и жиров. В последнем случае отмечается его действие, направленное на предупреждение развития жирового перерождения печени (липотропный фактор). Витамин В₁₂ имеет отношение к превращению фолиевой кислоты в ее активированную форму и всасыванию каротина. Основным местом его накопления в организме является печень, где происходят многие процессы, в которых витамину В₁₂ принадлежит первостепенная роль.

Таким образом, витамин В₁₂ имеет большое значение в процессах стимуляции и регулирования кроветворения, в обмене белков, жиров, углеводов, некоторых витаминов (фолиевая кислота и др.), принимает участие в осуществлении важнейших биохимических процессов в печени, обеспечивает обмен липидов и нуклеиновых кислот в нервной системе

Витамин В₁₂ (его также называют «внешним фактором» Кастла), поступая в желудок, соединяется с гастромукопротеидом («внутренний фактор» Кастла) — соединение белка и сложного полисахарида — мукополисахарида. Этот белково-углеводный комплекс предохраняет В₁₂ от использования его микробами, для которых он является существенным фактором обмена веществ. На поверхности слизистой оболочки кишечника витамин В₁₂ освобождается от связи с гастромукопротеидом и соединяется со специфическим белком, содержащимся в слизистой оболочке кишечника, и в таком виде всасывается.

Авитаминоз витамина В₁₂ проявляется заболеванием под названием злокачественная (пернициозная) анемия или «анемия Аддисона — Бирмера». Это нервно-дистрофическое заболевание с преимущественным поражением пищеварительного тракта, органов кроветворения и нервной системы. Ведущим симптомом является резкое уменьшение количества эритроцитов, снижение уровня гемоглобина, появление незрелых форменных элементов крови, угнетение образования лейкоцитов. Заболеванию всегда сопутствуют понижение или полное отсутствие в желудке соляной кислоты.

При изучении данного заболевания было установлено, что авитаминоз возникает в результате нарушения всасывания витамина В₁₂. При этом в желудке не вырабатывается «внутренний фактор» Кастла и витамин В₁₂ в основном используется микрофлорой желудочно-кишечного тракта. В результате витаминной недостаточности и развивается клиническая картина злокачественной анемии. При лечении необходимо вводить больному витамин В₁₂ вместе с желудочным соком здорового человека.

Источниками витамина В₁₂ являются продукты только животного происхождения и микроорганизмы. Наиболее богаты витамином печень, молоко, яйца, почки.

Суточная потребность составляет 1-3 мкг.

Фолиевая кислота

Этот витамин был открыт в 1947 г как фактор роста ряда бактерий В дальнейшем было установлено, что недостаток фолиевой кислоты приводит к развитию анемии (макроцитарной) у людей, птиц, обезьян. Особенно часто анемия встречается в Индии и Африке, т. е. там, где в рационе людей содержится мало животного белка.

Химическая структура витамина является сложной. В его составе обнаружен птеридин, параамннобензойная кислота и несколько остатков глютаминовой кислоты.

Биологической активностью обладают аналоги фолиевой кислоты, такие, как тетрагидрофолиевая кислота и др. Их действие на организм крайне разнообразно. Они стимулируют процесс кроветворения. При витаминной недостаточности нарушаются процессы образования форменных элементов крови, тормозится синтез гемоглобина. Фолиевая кислота способствует использованию организмом глютаминовой кислоты, тирозина и всасывания витамина В₁₂. Как и витамин В₁₂, фолиевая кислота необходима для синтеза метальных групп. Ферменты, в составе которых предполагается участие фолиевой кислоты, катализируют перенос одноуглеродистых компонентов типа

Таким образом, биологическое значение фолиевой кислоты для организма выражается в обеспечении нормального кроветворения, в участии в синтезе нуклеиновых кислот, в обмене белков, в том числе в образовании метильных групп

Авитаминоз характеризуется нарушением кроветворения с явлениями кровоточивости слизистых оболочек рта, десен и кишечника, поражением желудочно-кишечного тракта, развитием дерматитов.

Источниками фолиевой кислоты для человека является пища, в том числе дрожжи, печень, цветная капуста, фасоль, и эндогенный синтез этого витамина бактериями кишечника. Высоким содержанием отличаются зеленые листья, от которых (лат. folium — лист) этот витамин и получил свое название.

Доказательством эндогенного синтеза фолиевой кислоты у человека служит то обстоятельство, что ее выделение с калом превышает поступление с пищей в 4-6 раз. Последнее указывает на основное место синтеза фолиевой кислоты — кишечник.

Потребность составляет 0,1-0,2 мг в день.

Аскорбиновая кислота — витамин С

Авитаминоз витамина С — цинга — был известен давно. В период средневековья эта болезнь считалась одной из самых тяжелых. Даже при исследовании ископаемых людей на территории Скандинавии у них были, обнаружены характерные для цинги изменения костей. Еще в конце прошлого столетия русский патолог В. В. Пашутин в эксперименте установил, что цинга возникает в результате отсутствия в растительной пище определенного фактора, которому Друммонд в 1919 г. дал название «витамин С» (антицинготный витамин). Структура последнего была установлена только в 1938 г.

Аскорбиновая кислота является сильным восстановителем и легко может переходить в дегидроформу — дегидроаскорбиновую кислоту.

Пока не изучены ферменты, в состав которых входит данный витамин, однако хорошо известно его биологическое значение. Одной из основных функций аскорбиновой кислоты является участие в образовании соединений (коллаген), входящих в состав основного промежуточного вещества эндотелия сосудов, соединительной ткани, дентина, хряща, кости. Витамин С обладает способностью обезвреживать токсины (дифтерицный, туберкулезный, дизентерийный и др.). Этот процесс происходит в печени. Аскорбиновая кислота способствует всасыванию железа из кишечника. Она участвует в обмене нуклеиновых кислот, имеет важное значение в окислении ароматических аминокислот, связана с синтезом и обменом гормонов коры надпочечников и щитовидной железы. Витамину С принадлежит значительная роль в поддержании сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям.

Рис. 29. Цинготный больной. Точечные и пятнистые кровоизлияния на туловище и конечностях (по Ашоферу и Коху)

Отсутствие витамина С в пище приводит к развитию цинги, которая проявляется точечными кровоизлияниями (петехиями) на теле (рис. 29) и внутренних органах, кровоточивостью десен, выпадением зубов (рис. 30). Возникают нарушения образования костей, развивается одышка, болезненность в области сердца.

Рис. 30. Цинга. Явления гингивита (по Бикнелу и Прескотту)

Богатыми источниками витамина С являются плоды шиповника, черная смородина, цитрусовые, свежие овощи, картофель, томаты.

Потребность витамина С в сутки составляет 50-100 мг. Один стакан томатного сока обеспечивает суточную потребность организма в витамине С. Особенностью витамина С является его быстрая окисляемость. Так, в организме человека в течение 16 дней он полностью окисляется, поэтому необходимо ежедневное введение витамина С.

Витамин Р

Физиологическое действие витамина Р состоит в повышении устойчивости и снижении проницаемости стенки капилляров. В природе он встречается в продуктах, содержащих витамин С, таких, как черная смородина, апельсины, лимоны, шиповник, чай.

Биотин

Впервые биотин был выделен из куриного желтка.

Биологическое действие биотина заключается в его участии в составе ферментов, которые обеспечивают активирование СО₂ и связанный с ним синтез жирных кислот, холестерина, азотистых оснований нуклеиновых кислот, обмен отдельных аминокислот и т. д.

Авитаминоз биотина проявляется задержкой роста, дерматитами, выпадением волос, мышечными болями, потерей аппетита и нарушением психики.

Фактически у человека авитаминоза биотина не бывает, так как последний синтезируется микрофлорой кишечника.

Потребность в сутки составляет 150-300 мкг.

Источник