БИОХИМИЯ ЖИРОРАСТВОРИМЫХ ВИТАМИНОВ Лекция Лечебный факультет проф Шарапов

БИОХИМИЯ ЖИРОРАСТВОРИМЫХ ВИТАМИНОВ Лекция Лечебный факультет проф. Шарапов В. И. 2013

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ l l Классификация жирорастворимых витаминов Функции жирорастворимых витаминов в организме Гипо- и гипервитаминозы. Минеральный обмен.

Жирорастворимые витамины l l А – ретинол, антиксерофтальмический, D – холекальциферол, антирахитический, Е – токоферол, антистерильный; К – филлохинон, антигеморрагический.

Жирорастворимые витамины: условия всасывания l l l Нерастворимы в воде, т. к. являются гидрофобными соединениями Всасываются вместе с липидами пищи Натощак не всасываются! Всасывание нарушается при недостаточном выделении желчных кислот и энтеритах (заболеваниях тонкого кишечника), Накапливаются в организме!

Источники жирорастворимых витаминов l l l Желток куриного яйца Сливочное масло (натуральное, не маргарин!) Сливки, молоко, сметана Мясо и печень Нерафинированные растительные масла (отжатые без нагревания, не фильтрованные) Рафинированные растительные масла, если их дополнительно обогащали витаминами

Источники жирорастворимых витаминов NB! Растительные масла содержат так называемый «витамин F» полиненасыщенные жирные кислоты, в том числе арахидоновую, поэтому около 30% жиров пищи должны составлять растительные масла

Витамин А (ретинол – наиболее устойчивая форма) l l Суточная потребность около 2. 5 мг в сутки Потребность повышается в зимнее время и при заживлении повреждений кожи и соединительной ткани Витамин запасается в печени и жировой ткани человека в виде эфира с пальмитиновой кислотой Резерва витамина хватает на 3 -6 месяцев (у взрослых)

Строение и активные формы l l l Это ретинол – певичный спирт Окисление спиртовой группы в присутствии НАД+ дает еще 2 активные формы – альдегидную ретиналь и кислотную – ретиноевая кислота

Ретинол и его роль l l является исходной формой витамина А, поступающей в организм запасается в виде эфира ретинилпальмитата, главным образом в цитоплазме гепатоцитов. входит в состав всех мембран, регулируя их текучесть и проницаемость ретинол является активатором Na+, K+-АТФазы.

Витамин А в форме ретиноевой кислоты Ускоряет: l Синтез коллагеновых фибрилл l Деление клеток покровного и железистого эпителия l Синтез цереброзидов-сульфатидов, гепарина и гетерополисахаридов соединительной ткани l Синтез иммуноглобулинов классов А и. G l Синтез интерферонов (белков неспецифической приотивовирусной защиты) l Синтез лизоцима (защитного белка слюны, слезной жидкости и т. п. , уничтожающего бактерии) Замедляет: l синтез белка ороговения кератина, препятствуя ороговению слизистых оболочек.

В форме ретиналя витамин А: l l входит в состав зрительного белка родопсина. Комплексы цис-ретиналя и белка опсина являются первичными рецепторами света и содержатся в палочках и колбочках сетчатки.

Гиповитаминоз А Нарушается синтез: l иммуноглобулинов l интерферонов l лизоцима в слюне и слезной жидкости. Последствия: l Высокая частота бактериальных и вирусных инфекций l Хронические грибковые заболевания кожи и слизистых

Гиповитаминоз А Снижается синтез: Коллагена Гетерополисахаридов соединительной ткани l l Проявления: дети с гиповитаминозом А отстают в росте от сверстников взрослые подвержены остеопорозу медленно происходит заживление ран.

Гиповитаминоз А l l активируется синтез белка ороговения кератина начинается ороговение эпителия слизистых Проявления: l шелушение кожи l снижается выделение слюны и слезной жидкости = сухость полости рта и сухость глаза (ксеростомия и ксерофтальмия) l

Гиповитаминоз А l Нарушается образование зрительного пурпура – белка родопсина в сетчатке глаза Проявления: l Плохое сумеречное зрение: куриная слепота (гемералопия) l часть палочек и колбочек погибает.

Проявления гиповитаминоза А 1. Шелушение кожи в области губ 2. Образование болезненных трещин в углах рта (ангулярный стоматит) 3. Сухость слизистой полости рта (недостаточное количество слюны) 4. Грибковое поражение слизистой полости рта 5. Частые рецидивы стоматита

Гипервитаминоз А l l l Развивается при избыточном потреблении ретинола: Токсический гепатит, Повышение проницаемости сосудов мозга и миокарда, Снижение свертывания крови, Может вызывать психические расстройства, приводящие к агрессии или самоубийствам.

Бета-каротин l l l Непредельный углеводород (С 40 Н 56) из группы каротиноидов. Всасывается 1050% в кишечнике. РОЛЬ В ОРГАНИЗМЕ: 1. Предшественник витамина А (ретинола) 2. Антиоксидант Бета-каротин →диоксигеназа→ ретинол Реакция регулируется витамином А

Витамин Д - кальциферол l Синтезируется из холестерина, с участием ферментов кожи, печени, почек

Этапы синтеза витамина Д l l l Начальный этап - в коже Первичное гидроксилирование кальциферола – в печени Вторичное гидроксилирование - в почках

Этапы синтеза витамина Д 7 -дигидрохолестерол Кожа → солнечный свет → Продукты питания → превитамин D 3 Печень 25 -гидроксилаза Витамин D 3 (25(OH)-D 3) Почка 1α- гидроксилаза Кальцитриол (1, 25(ОН)2 -D 3)

Витамин Д - кальциферол

Витамин Д l При заболеваниях ПЕЧЕНИ (хронический гепатит) и ПОЧЕК (нефрит) снижается образование активных форм витамина Д

Механизм действия кальциферола l l l Является настоящим стероидным гормоном Стимулирует транскрипцию нескольких генов, в результате чего повышается: 1. Синтез кальций-связывающего белка в кишечнике 2. Синтез кальций-связывающих белков в костях 3. Синтез почечных транслоказ для кальция и фосфата (реабсорбция кальция и фосфатов из мочи)

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА КАЛЬЦИТРИОЛА– 1, 25(ОН)2 -D 3 1α-гидроксилаза Первичные регуляторы-активаторы: - Кальцитриол - Гипокальциемия - ПТГ - Гипофосфатемия Вторичные регуляторы-активаторы: - эстрогены, андрогены, прогестерон, - Инсулин, СТГ, пролактин, йодтиронины

Недостаточность витамина Д l l l У детей – чаще всего в северных регионах. Связана с недостаточным уровнем ультрафиолетового облучения кожи Снижение витамина Д в первые месяцы жизни вызывает рахит

Что такое рахит? l l l 1. Недостаточность кальция для ЦНС (задержка психомоторного развития) 2. Низкий уровень кальция в мышцах (слабость мышечной ткани, отвисание передней брюшной стенки) 3. Недостаточное отложение кальция в костях – остеомаляция с последующим искривлением костей скелета при нагрузке

Недостаточность витамина Д у взрослых l l l При нарушении функций почек или печени В пожилом и старческом возрасте, когда кальциферол нужен для удержания кальция в костях Основное проявление: остеопороз – снижение плотности компактного вещества костной ткани

Недостаточность витамина Д

Стоматологические проявления дефицита витамина Д у детей l l l 1. Запаздывание прорезывания зубов 2. Нарушение сроков окостенения лицевого и мозгового черепа 3. Слабость жевательных мышц 4. Снижение кальций-фосфорного соотношения 5. Патологические включения в эмали

Проявления дефицита кальция у взрослых l l 1. Остеопороз костей 2. Патологические переломы зубов 3. Повышенная истираемость эмали 4. Снижение кальций-фосфорного соотношения

Гипервитаминоз Д l l l Развивается при передозировке лекарственных форм витамина Д Проявляется ранним окостенением у детей с закрытием зон роста Происходит отложение кальция в мягких тканях (мышцах, коже)

Гипервитаминоз Д

Гипервитаминоз Д l l Отложение кальция часто происходит в почках и лоханках с развитием мочекаменной болезни Кальцинаты могут откладываться в клапанах сердца, аорты, в стенках крупных сосудов и нарушать нормальный кровоток

Витамин Е (токоферол) l Потребность в витамине Е около 50 мг/сут

Витамин Е (токоферол) Витамин Е – группа витаминов – α, β, γ, δ токоферолы. Наиболее активный из них – альфа-токоферол l

Роль витамина Е l l Антиоксидант - выступает как ловушка радикалов, защищая мембраны клеток и органелл от перекисного окисления активирует тканевое дыхание, активирует процессы обезвреживания в печени, Стимулирует систему кровообращения,

Роль витамина Е l l l Препятствует тромбообразованию (влияет на продукцию простагландинов и тромбоксанов), Препятствует накоплению холестерина, Обладает антиканцерогенным действием, Стимулирует иммунную систему, Предупреждает развитие катаракты,

Роль витамина Е l l l Улучшает синтез белка (повышение работоспособности) Улучшает функцию половых желез, Улучшает функцию нейронов.

Роль витамина Е

Гиповитаминоз витамина Е l l У человека не описан У грызунов сопровождается развитием временного бесплодия

Гипервитаминоз Е l l Для человека витамин Е абсолютно не токсичен, т. к. он легко окисляется и выводится с мочой Передозировка может сопровождаться рвотой и диареей из-за избыточного поступления масел, в которых данный витамин растворен

Витамин К l l Общее название группы из з-х витаминов: Вит К 1 - филлохинон (поступает с пищей) Вит К 2 – менахинон (синтезируется бактериальной флорой кишечника), Вит К 3 – менадион (синтетический).

Витамин К l l Химически родствен витамину Е (также является хиноном) Синтезируется нормальной микрофлорой толстого кишечника, поэтому тяжелая недостаточность встречается редко

Роль витамина К l Отвечает за синтез кальций -связывающих участков в коллагене, эластине, белкахпереносчиках кальция в кишечнике, некоторых факторах свертывания крови

Синтез кальций-связывающих участков в белках Витамин К является катализатором синтеза γ-карбоксиглутамата в белках на этапе посттрансляционной модификации (факторы свертывания крови –II, VII, IX, X) l γ-карбоксиглутамат отвечает за связывание Ca 2+ l

Образование γ-карбоксиглутамата

Гиповитаминоз К l l l Чаще встречается у пожилых людей У детей может развиваться после дизентерии, когда гибнет нормальная микрофлора толстого кишечника Встречается также у людей, длительное время получающих антибиотики

Проявления гиповитаминоза К l l l 1. Снижение синтеза факторов свертывания и удлинение времени кровотечения 2. Снижение всасывания кальция (гораздо менее выражено, чем при дефиците витамина Д) 3. Незначительное снижение скорости накопления кальция в костях

Гипервитаминоз К l l l Развиваются при длительном назначении инъекций витамина К (более 10 дней подряд) Чаще наблюдается у пожилых Основное проявление – резкое повышение активности свертывающей системы крови: Высокая свертываемость крови Высокая вероятность развития тромбозов в сосудах сердца (инфаркт миокарда) и мозга (инсульт)

МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН 1. Макроэлементы: (кальций, магний, фосфор) 2. Микроэлементы: (железо, медь, цинк, молибден, фтор, хром, селен)

Кальций l l l Источники – молоко и молочные продукты, растительная пища 99% сосредоточено в костях, с фосфатом образует нерастворимый – гидроксиапатит кальция. Это кальциевый пул, который обменивается медленно. 4 -6 г кальция находится в крови (связанный и свободный). Свободный кальций физиологически активный.

Кальций Биологическая роль: l формирование костной ткани; l фактор коагуляции; l участвует в мышечном сокращении; l нервной проводимости; l активации ферментов; l вторичный посредник гормонов.

Кальций Регуляция: l витамин Д (кальцитриол) повышает уровень кальция путем увеличения синтеза Са-связывающего белка в энтероцитах и нефронах; l паратгормон – повышает кальций в крови путем активации остеокластов. l кальцитонин – понижает уровень кальция (активирует остеобласты и остеоциты – увеличивает отложение), способствует выведению через почки.

Гипокальциемия: Причины: l алиментарная (недостаток в пище); l недостаток витамина Д; l снижение уровня паратгормона; l патология почек; Проявления недостаточности Са: l Парестезии; l Судороги и спазм мышц; l Нарушения сердечного ритма.

Гиперкальциемия Причины: l Повышено количество паратгормона; l Отравление витамином Д; l Злокачественная опухоль с метастазами в кость; l Тиреотоксикоз. Проявления гиперкальциемии: l мышечная слабость; l аритмии; l кальциноз почек, сосудов, органов.

МАГНИЙ l l Содержится в костной ткани. Является универсальным регулятор биохимических и физиологических процессов, участвует в энергетическом, пластическом, электролитном обменах. Кофактор ферментов: креатинкиназы, аденилатциклазы, К-Na-АТФазы, фосфофруктокиназы.

МАГНИЙ l l l обеспечивает гидролиз АТФ; регулирует гликолиз; поддерживает структуру рибосом, нуклеиновых кислот и липидов. Увеличивает метаболические процессы (синтез белка, ЖК, нуклеиновых кислот). Проявляет антагонизм с кальцием обеспечивает расслабление мышц;

ФОСФОР l l l Источники: молочные продукты, рыба. Распределение в организме: костная ткань (75%), остальное - кровь и различные ткани. Биологическая роль: - структура костной ткани - буферная система - структура нуклеотидов, фосфолипидов, фосфопротеинов. - активная форма глюкозы, глицерина.

ЖЕЛЕЗО l Источники: пища животного и растительного происхождения (железо находящиеся в мясе в 2 раза лучше усваивается) В желудке железо восстанавливается (из 3 -х вал до 2 -х). В этом участвует железосвязывающий белок гастроферрин. В энтероцит железо проникает в виде иона или в виде низкомолекулярных комплексов. l

ЖЕЛЕЗО l l Эффективными комплексообразователями являются витамин С, фруктоза, цистеин, метионин. Поступление в энтероцит – процесс пассивный, зависит от наличия в кишечнике мукозного апотрансферрина (белок синтезируется печенью и через желчь поступает в просвет кишечника). На энтероците к этому белку есть рецептор, после связывания происходит эндоцитоз и железо поступает в энтероцит.

ЖЕЛЕЗО l l l Из кишечника переносится трансферрином в печень, костный мозг и в тканевое депо. Трансферрин в норме насыщен на 1/3, он содержит 3 -х валентное железо. Железо поступает в митохондрию, включается в протопорфирин и образует гем (фермен феррохелатаза, участвует медь и вит С). Не использованное железо переносится в резервный пул, он состоит из ферритина и гемосидерина.

ЖЕЛЕЗО l l l Ферритин – растворимая резервная фракция железа. В него включается железо с участием АТФ и аскорбиновой кислоты. В ферритине железо 2 -х валентное, оно легко доступно. Высвобождается при помощи ксантиноксидазы (содержит медь). Длительное существование ферритина приводит к образованию гемосидерина.

ЖЕЛЕЗО l l Гемосидерин – нерастворимый белок. При его избытке нарушается работа ферментов, разрушаются клетки, разрастается соединительная ткань. Избыток гемосидерина называется гемосидероз. Причины гемосидероза: Гемолиз и кровоизлияние неэффективное использование (анемии) нарушение транспорта.

ЖЕЛЕЗО Функции железа: l участвует в транспорте и хранении кислорода (гемоглобин и миоглобин); l входит в состав многих ферментов; l имеет значение для иммунного ответа.

НЕДОСТАТОК ЖЕЛЕЗА Причины железодефицитных состояний: l острые и хронические кровотечения; l недостаток в пище; l нарушение всасывания (хронический энтерит); l увеличенный расход в организме (беременность, лактация) l нарушение транспорта (дефицит трансферрина) l нарушение использования (снижен синтез гема).

НЕДОСТАТОК ЖЕЛЕЗА Проявления: l железо-дефицитная анемия; l тканевой дефицит – снижение энергетики в клетке, синтеза белка, нуклеиновых кислот, секреции, трофические нарушения эпителия и слизистых, извращение вкуса и обоняния.

ИЗБЫТОК ЖЕЛЕЗА Избыток железа – гемахроматоз (это отложение железа в органах и тканях). Причины: l генетические (повышенное всасывание железа); l неэффективный эритропоэз; l неадекватная терапия; l многократные повторные переливания крови; l врожденная недостаточность трансферрина.

ИЗБЫТОК ЖЕЛЕЗА Проявления: l темная окраска кожи; l цирроз печени; l сахарный диабет; l поражение сердца.

МЕДЬ l l Суточная потребность 2, 5 мг. Источники: печень, мясные продукты. Всасывание происходит с участием белка металлотионеина (образует комплекс с медью). Избыток меди выводится с желчью (80%).

МЕДЬ l Поступившая медь связывается с металлотионеином (внутриклеточный транспорт). Далее она включается в церуллоплазмин и выводится в кровь. В крови от комплекса церуллоплазмин-медь отщепляются сиаловые кислоты, после чего комплекс связывается с рецепторами на гепатоцитах и выводится с желчью.

МЕДЬ l Биологическая роль: участвует в кроветворении (всасывание, транспорт железа, синтез гема, созревание ретикулоцитов). входит в состав белков, участвует в синтезе иммуноглобулинов. входит в состав многих ферментов.

МЕДЬ l Ферменты: липопротеидлипаза и ЛХАТ – обмен липопротеидов; аминооксидазы – обмен биогенных аминов; цитохромоксидаза – тканевое дыхание и синтез АТФ; СОД, церуллоплазмин – антиоксидантная система.

НЕДОСТАТОК МЕДИ l Недостаточность – гипокуприоз. Проявления: - нарушение синтеза соединительной ткани; - гипохромная анемия; - нарушение обмена липопротеидов; - усиление ПОЛ. Врожденный дефицит меди (болезнь Менкеса) проявляется тяжелой умственной отсталостью.

ИЗБЫТОК МЕДИ – l Избыток – болезнь Вильсона-Коновалова (гепатоцеребральная дистрофия) Причина – дефект синтеза церуллоплазмина. Избыток меди приводит к ингибированию различных ферментов, в том числе оксидоредуктаз. Проявления: прогрессирующие дегенеративные изменения со стороны нервной системы (гиперкинезы, расстройства психики), со стороны печени – цирроз.

ЦИНК l Биологическая роль: Цинк входит в состав более 200 ферментов различных классов, участвует в обмене углеводов, белков, липидов, нуклеиновых кислот.

ЦИНК l l l Цинк-содержащие энзимы: СОД, алкогольдегидрогеназа, ДНК-полимераза, РНКполимераза, кодаза, обратная транскриптаза, тимидинкиназа, щелочная фосфатаза, адьдолаза, протеазы и др. Цинк необходим: для стабилизации структуры ДНК и РНК, рибосом, для образования инсулина, пролонгирует его действие.

ЦИНК Участвует в следующих процессах: l рост и деление клеток; l кератогенез, остеогенез; l заживление ран; l воспроизведение потомства; l иммунные реакции; l развитие мозга, l вкус и обоняние.

ЦИНК l Источник – пища животного происхождения. Всасывание происходит в тонком кишечнике по механизму облегченной диффузии. Для всасывания необходимы два белка: цинкин – белок мембран энтероцита (регулирует всасывание цинка) и металлотионеин, вырабатывается слизистой кишечника и связывает цинк внутри энтероцита.

ЦИНК l l l Способствуют всасыванию цинка наличие белка, аминокислот, витамина С (образует комплексы). Препятствуют всасыванию медь, железо, кадмий. Проявления недостаточности: снижение иммунитета, ухудшение заживления ран, энцефалопатия, анемия, карликовость, нарушение вкуса и обоняния.

ФТОР l l l Источники: рыба, морепродукты. Необходим для правильного формирования костной ткани и зубов. Входит в гидроксилапатит (фторапатит) кристаллический минерал в костях и зубах.

ФТОР l l Недостаточность приводит к кариесу и остеопорозу. Избыток - к флюорозу (на эмали формируются пятна, затем выщербленность).

ХРОМ l l l Принимает участие в метаболизме углеводов, жиров. Участвует в синтезе инсулина При недостатке: атеросклероз, сахарный диабет, артериальная гипертензия.

Молибден, Селен Молибден: Необходим для нормального метаболизма углеводов и жиров. Принимает участие в утилизации железа. Селен: Входит в глутатионпероксидазу Синергист витамина Е.

ЛИТЕРАТУРА - Биохимия: учебник под редакцией Е. С. Северина. М. : ГЭОТАРмедиа. - 2005. - 779 с. - Берёзов Т. Т. , Коровкин Б. Ф. Биологическая химия: Учебник. -3 е изд. -М. : Медицина, 2004. - 704 с. - Николаев А. Я. Биологическая химия. -М. : ООО «Мед. информ. агентство» , 2001. - 496 с. - Ленинджер А. Основы биохимии / В 3 -х томах. - М. : Мир, 1985. - Страйер Л. Биохимия / В 3 -х томах. - М. : Мир, 1985. - Марри Р. , Греннер Д. . Мейес П. , Родуэлл В. Биохимия человека: В 2 -х томах. Пер. с англ. : Мир, 1993. - 415 с. - Бышевский А. Ш. , Терсенов О. А. Биохимия для врача. Екатеринбург: издательско-полиграфическое предприятие «Уральский рабочий» , 1994.