Биохимия витаминов v Витамины экзогенные органические

Биохимия витаминов

v Витамины – экзогенные, органические, низкомолекулярные вещества, необходимые для метаболизма и не являющиеся энергетическими субстратами

v Источники витаминов – продукты питания и микрофлора кишечника

v Биологическая роль витаминов - являются коферментами ферментов, одни участвуют в энергетическом обмена (В 1, В 2, В 3, В 5), а другие в пластическом (С, В 6, В 9, В 12, А, Д, Е, К)

Классификация витаминов v Витамины энергетического обмена v В 1; В 2; В 3; В 5; v Витамины пластического обмена v С; В 6; В 9; В 12; А; Д; Е; К

v Водорастворимые v В 1; В 2; витамины В 3; В 5; С ; В 6; В 9; В 12 v Жирорастворимые витамины v А; Д; Е; К

Витамин В 5 (НАД) Источником витамина В 5 для человека являются не только пищевые продукты, но и микрофлора толстого кишечника, синтезирующая витамин из триптофана, которого много в молочных продуктах

v После всасывания в тонком кишечнике никотиновая кислота с кровью переносится в печень, где превращается в никотинамид v И никотиновая кислота, и никотинамид хорошо растворимы в воде и не связаны с белками плазмы

v Главными потребителями никотинамида являются клетки органов, где очень высок уровень аэробного энергетического метаболизма - мозг, миокард, скелетные мышцы, почки, желудочно-кишечный тракт

v. В клетках этих органов никотинамид взаимодействует с АТФ, и образуются две активные формы витамина - НАД и НАДФ являющиеся коферментами специфических дегидрогеназ

v Фосфоглицеральдегидрогеназа (гликолиз) v Пируватдегидрогеназа (гликолиз) v Лактатдегидрогеназа (гликолиз) v Изоцитратдегидрогеназа (ЦТК) v -Кетоглютаратдегидрогеназа (ЦТК) v Малатдегидрогеназа (ЦТК) v Оксиацилдегидрогеназа (ß-окисление) v Глютаматдегидрогеназа (обмен аминокислот)

v. В отличие от НАД, НАДФ выступает в качестве кофермента не катаболических, а анаболических ферментов, причем в своей восстановленной форме (НАДФН 2), которая образуется при окислении глюкозо-6 -фосфата в пентозофосфатном пути

НАДФ v Глю-6 -фосфат-дегидрогеназа (ПФП) v Фенилаланингидроксилаза (синтез катехоламинов) v Тирозингидроксилаза (синтез катехоламинов) v Дофамингидроксилаза (синтез катехоламинов) v Образование сквалена (синтез холестерола) v 6. Цитохомы Р 450 и В 5 (детоксикационная функция)

v Проявление недостаточности витамина В 5 (учебник)

Витамин В 2 (ФАД) v Подобно витамину В 5, рибофлавин синтезируется бактериями кишечника, а также поступает с растительными и животными пищевыми продуктами, отличительной чертой которых является желтый цвет v После всасывания механизмом облегченной диффузии рибофлавин связывается со специфическим альбумином плазмы и переносится в ткани-мишени

ФМН и ФАД-дегидрогеназы дыхательной цепи v Сукцинатдегидрогеназа (ЦТК) v Пируватдегидрогеназа (окислительное декарбоксилирование пирувата) v -Кетоглютаратдегидрогеназа (ЦТК) v Ксантиноксидаза (распад пуринов) v Цитохомы Р 450 и В 5 (детоксикационная функция) v NO -синтаза (образование NO ) v

v Проявление недостаточности витамина В 5 (учебник)

Витамин В 1 (ТПФ) v Как и предыдущие витамины, тиамин синтезируется микрофлорой кишечника и поступает с пищевыми продуктами

v Пируватдегидрогеназа (окислительное декарбоксилирование пирувата) v -Кетоглютаратдегидрогеназа (ЦТК)

v Проявление недостаточности витамина В 5 (учебник)

Витамин В 3 (Ко. А) v Источником пантотеновой кислоты в организме человека являются, прежде всего, микроорганизмы толстого кишечника, а также пищевые продукты v У взрослых людей недостаточность пантотеновой кислоты практически не встречается

Пируватдегидрогеназа (окислительное декарбоксилирование пирувата) v -Кетоглютаратдегидрогеназа (ЦТК) v Ацил-Ко. А-дегидрогеназа (ß-окисление) v Ацетил-Ко. А-ацилтрансфераза (ß-окисление) v Ацил-Ко. А-карбоксилаза (синтез жиров) v ГМГ-Ко. А-редуктаза (синтез холестерола) v Ацетат-Ко. А-лигаза (синтез ацетилхолина) v Участвует при синтезе гема v

Витамин С v Источником аскорбиновой кислоты в организме человека являются пищевые продукты

Антиоксидантная роль витамина С v НО-Аск-ОН + O 2 • – = HO-Аск-O • + O 22 - +H+ v HO-Аск-O • + O 2 • – = • O-Аск-O • + O 22 - + H+ v • O- Аск-O • = O=Аск=O v Регенерация вит. С v O=Аск=O + 2 НАДФН = НО-Аск-ОН + ДГА-редуктаза 2 НАДФ+ + 2 H+ =2 НАДФН

О 2 • – окисляет при помощи витамина С (реакции гидроксилирования) : v Триптофан → серотонин v Дофамин → норадреналин v Холестерин → стероидные гормоны v Пролин → оксипролин v Лизин → оксилизин

v Проявление недостаточности витамина С (учебник)

Витамин В 6 (пиридоксальфосфат) v Главным источником пиридоксина являются бактерии желудочно-кишечного тракта, а также растительные пищевые продукты

v Трансаминазы (обмен аминокислот) v Дофадекарбоксилаза (синтез катехоламинов) v 3, 5 -Гидрокситриптофандекарбоксилаза (образование серотонина) v Глутаматдекарбоксилаза (образование ГАМК) v Гистидиндекарбоксилаза (образование гистамина) v Цистотионинсинтаза, цистотионинлиаза (детоксикация гомоцистеина)

v Проявление недостаточности витамина В 6 (учебник)

Витамин В 9 (ТГФК) v Главным источником фолиевой кислоты являются бактерии желудочно-кишечного тракта, а также растительные пищевые продукты

v Метилтрансфераза (синтез нуклеитидов, креатина, холина) v Метиленредуктаза (реанимирование метионина)

v Витамин В 9 в своей коферментой форме (тетрагидрофолат) играет особую роль в метиониновом цикле v Метионин является донором метильных групп для реакции трансметилирования, благодаря которой происходит синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, холина, креатина, адреналина

Перенос одноуглеродных групп:

v Проявление недостаточности витамина В 9 (учебник)

Витамин В 12 (кобаламин) Структура кобаламина схожа со структурой гема гемоглобина v Отличие в том, что в кобаламине вместо иона железа порфирин связывает кобальт (розового цвета, отсюда еще одно название витамина – розовый витамин) v Кобальт является металлом с переменной валентностью, имеющий один не спаренный электрон на внешней орбитали v

Известно, что молекулы, имеющие неспаренный электрон, являются свободными радикалами v Поэтому кобальт обладает этими свойствами и для его нейтрализации в обкладочных клетках желудка вырабатывается специальный белок - фактор Кастла v Этот фактор связывается с витамином В 12 и сопровождает его до тонкого кишечника, где витамин всасывается v В крови витамин В 12 связывается с другим белком транскобаламином v В клетки кобаламин доставляется механизмом рецепторно-опосредованного эндоцитоза v

v Метилмалонил-Ко. А-мутаза (окисление жирных кислот с нечетным числом углеодов) v Метионинсинтаза (реанимирование метионина) (см. предыдущий рис. )

v Проявление недостаточности витамина В 12 (учебник)

Витамин А (ретинол)

Источником витамина А служат продукты животного и растительного происхождения v С растительными продуктами в организм поступает каротин (бивитамин А), превращающийся в витамин А с помощью каротиназы печени v После поступления в организм ретинол соединяется с ретинолсвязывающим белком плазмы крови v

v Спиртовая форма витамина A (ретинол) является формой хранения витамина в жировом депо организма v Производные ретинола играют особую роль в фоторецепции и участвуют в регуляции процессов деления, роста и дифференцировки клеток

Ретинол в пигментных клетках сетчатки окисляется свободно-радикальным механизмом при участии цитохрома Р 450 в серию хромофоров, именуемых родонинами v Родонины относятся к подклассу непредельных углеводородов с регулярными тройными связями и обладают индивидуальным спектром поглощения трех основных цветов видимого спектра и ультрафиолета v После образования родонины перемещаются с помощью специальных переносчиков к фоторецепторным v

Строение производных ретинола родонинов

Другой метаболит ретинола - ретиноивая кислота (РК), является важным участником регуляции деления и дифференцировки клеток-мишеней v После прохождения через плазматическую мембрану РК связывается в цитозоле клеток со специфическим ядерным рецептором, после чего образовавшийся комплекс перемещается в ядро, где реагирует с промотором определенных генов v Миокард и гладкие мышцы сосудов содержат рецепторы высокого сродства к ретиноевой кислоте v

В сердце новорожденных РК регулирует переключение фетальной на взрослую программу синтеза структурных и функциональных элементов миокарда, в связи с чем при недостаточности витамина развивается гипоплазия и недостаточность сердечной мышцы v У взрослых людей РК тормозит на уровне транскрипции экспрессию фетальной программы ремоделирования, включаемую при перегрузке миокарда, что выражается в торможении адаптивной гипертрофии v

v В легких РК оказывает сильное влияние на рост и дифференциацию эпителия, а также регулирует экспрессию компонентов мукоцилиарной системы Ядерные рецепторы РК активно экспрессируется в основных клетках ремоделирования костей остеокластах, стимулируя дифференцировку v РК способна ингибировать активность остеобластов, стимулируя образование остеокластов и индуцируя резорбцию кости (см. биохимию соединительной ткани) v

v Проявление недостаточности витамина А (учебник)

Витамин Д

v Витамин D поступает с пищей в форме провитаминов D 2 и D 3, причем D 2 содержится в растительных, а D 3 животных продуктах v Кроме того, провитамин D 3 образуется в коже людей из 7 -дегидрохолестерола при воздействии ультрафиолета

После всасывания в кишечнике провитамины транспортируются в составе хиломикронов в печень, куда также поступает и эндогенный D 3 v Провитамины проходят общий процесс последовательного гидроксилирования с помощью специфических цитохромов Р 450 - сначала в печени, а затем в проксимальных канальцах почек, в результате чего образуются равно активные формы витамина Д 1, 25 -(ОН)2 D 3 и 1, 25 -(ОН)2 D 2 v

Активация витамина Д

Основной биологической функцией Витамина D является участие в регуляции гомеостаза Са 2+ v Витамин D активирует абсорбцию Са 2+ в тонком кишечнике v Витамин D активирует реабсорбцию фильтруемого Са 2+ в дистальных канальцах почек v Витамин D активирует остеокласты и повышает транспорт Са 2+ из жидкого компартмента кости в плазму v

Участие витамина D в гомеостазе кальция

Механизм действия витамина D подобен действию стероидных гормонов: v витамина D проникает через клеточную мембрану v связывается с рецептором в цитоплазме v образовавшийся комплекс – витамин-рецептор на уровне промотора активирует экспрессию кальбиндина v кальбиндин - трансмембранный транспортер Са 2+ в кишечнике и почках v

v. В настоящее время показано, что важными мишенями витамина D являются также мышечные клетки сердца и сосудов v По действию на эти клетки витамины А и D являются синергистами (см. вит. А)

v Проявление недостаточности витамина Д (учебник)

Витамин Е (токоферол)

Источником токоферола служат растительные масла v После всасывания с липидами, витамин Е накапливается в жировых депо и по мере необходимости переносится специфическими белками к различным клеткам v В клетках этот витамин локализуется в плазматической мембране и мембранах митохондрий, а также в матриксе ядра v

Антиоксидантная роль витамина Е

v О 2 + Т-OH О 22 + Т-О + Н+ v Т-О + GSH Т-OH + G-S v или v Т-О + НО-Аск-ОН Т-OH + НО-Аск-О (см. неферм. Антиоксиданты)

v. В жизни гиповитаминоз Е у человека практически не встречается, но при патологическом оксидативном стрессе вследствие недостаточности антиоксидантных ферментов, умеренные дозы витамина E обладают выраженным протективным эффектом, защищая мембраны и другие клеточные элементы от пероксидации

Витамин К

v Источниками витамина К являются растительные и животные продукты, а также бактерии тонкого кишечника

Химической особенностью факторов свертывания крови (протромбина, проконвертина, проакцелерина и др. ) является наличие необычной -карбоксиглутаминовой аминокислоты, образующейся путем карбоксилирования глютамата v Эту реакцию катализирует печеночный энзим глютаматкарбоксилаза, коферментом которого выступает витамин К v

v Глютаматкарбоксилаза также активно функционирует в остеобластах, где она катализирует -карбоксилирование специфического белка остеокальцина v Глютаматкарбоксилаза также находится в цитозоле поперечно-полосатых, сердечной и гладких мышц, где она -карбоксилирует основной сократительный белок миозин, повышая его функциональные возможности

v Проявление недостаточности витамина К (учебник)