ГБОУ ВПО УГМА Минздрава России Кафедра биохимии Лекция 31 «БИОХИМИЯ ВИТАМИНОВ(жирорастворимых и антиоксидантов) » Лектор зав. каф. биохимии доктор медицинских наук профессор Мещанинов Виктор Николаевич Екатеринбург 2012 г
АНТИОКСИДАНТЫ – ПРИРОДНЫЕ ИЛИ СИНТЕТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, ПРЕПЯТСТВУЮЩИЕ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ ОКИСЛЕНИЮ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКАХ ОРГАНИЗМА …АНТИРАДИКАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА – взаимодействуют со свободными радикалами, образуя неактивные продукты молекулярного характера (или стабильные свободные радикалы) тормозят СРО
ПЕРОКСИЛЬНЫЙ РАДИКАЛ (R 1 OO*) УЧАСТВУЕТ В ЦЕПИ ПОЛ : R 1 OO* + R 2 H -> R 1 OOH + R 2*. АНТИОКСИДАНТ (An. OH) ОБРЫВАЕТ ЦЕПОЧКУ ПРОЦЕССОВ, БЛОКИРУЯ ПЕРОКСИЛЬНЫЙ РАДИКАЛ С ОБРАЗОВАНИЕМ СОЕДИНЕНИЙ, КОТОРЫЕ НЕ УЧАСТВУЮТ В ЦЕПИ ОКИСЛЕНИЯ: R 1 OO* + An. OH -> R 1 OOH + НЕРАДИКАЛЬНЫЕ ПРОДУКТЫ
АНТИРАДИКАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ("СКЭВЕНДЖЕРЫ" - ОТ АНГЛ. "SCAVENGERS" - МУСОРЩИКИ): a-токоферол (витамин Е), кислота аскорбиновая (витамин С), ретинол (витамин А), b-каротин (провитамин А), убихинон (убинон). Механизм действия антирадикальных средств ("скэвенджеров") заключается в прямом взаимодействии со свободными радикалами с их нейтрализацией
• • Антиоксиданты Витамин С(аскорбиновая кислота) Витамин Е (токоферол); Витамин А (ретинол); Каротин Жирорастворимые витамины Витамин А (ретинол); Витамин D (холекальциферол); Витамин Е (токоферол); Витамин К (филлохинон).
ВИТАМИН С (АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА) - был выделен в 1928 г. , связь с заболеваемостью цингой доказана в 1932 г. Всасывание: в кишечнике; Транспорт: в свободном виде; Активация: не требуется, находится в активной форме
ВИТАМИН С (аскорбиновая к та) • Суточная потребность взрослого – 60 -70 мг/сут. • У детей 0 -5 лет – 30 мг/сут. , до 14 лет – 45 мг/сут. • При интенсивной физической работе, гипертермии, заболеваниях, курении, экстремальных состояниях суточная потребность возрастает в 2 -3 раза • В организме человека, обезьян, морских свинок и некоторых птиц витамин С не синтезируется. • Крыса синтезирует суточную норму витамина С. • Расходуется за 6 часов на 90 %, • Избыток вит. С через 4 часа полностью выводится из организма.
Содержание витамина С в пищевых продуктах Суточная норма и выше ее Продукт Шиповник Гуайява Черная смородина Петрушка (свежая) Зеленый перец (сырой) Клубника (земляника) Капуста Кресс-салат (свежий) Брюссельская капуста мг в 100 г продукта 1200 (!) – горячая водная экстракция 230 200 190 120 77 71 62 60
гуаява
6 х 10 см
Ниже суточной нормы • • • Лимон Апельсин Капуста брокколи Томатное пюре Грейпфрут Рябина Цветная капуста Краснокачанная капуста Печеный картофель (в мундире) Бананы Яблоки Вареный (жареный) картофель 58 54 44 38 36 30 27 20 14 11 6 0
Участие в биохимсических процессах: восстанавливающий кофактор монооксигеназ; гидроксилирование пролина; катаболизм тирозина АК вместе с ДАК образует в клетках окислительно-восстановительную пару, участвует: 1. в реакциях гидроксилирования Про и Лиз при синтезе коллагена; 2. в реакциях гидроксилирования дофамина в норадреналин; 3. в синтезе стероидных гормонов в коре надпочечников; 4. в восстановлении Fe 3+ в Fe 2+ в кишечнике, что необходимо для всасывания железа; 5. в активации фолиевой кислоты;
• • • 6. природный антиоксидант, подавляет реакции СРО : 6 а. восстанавливает окисленную форму витамина Е, поддерживая в биомембране концентрацию активной формы восстановленного витамина Е. 6 б. инактивирует активные формы кислорода О 2 • , Н 2 О 2, НО • .
Радикал аскорбиновой кислоты O HO O CHOH CH 2 OH O *
Механизм участия аскорбат радикала в антирадикальной защите организма R O* + *R 1 = R OR 1 Где R O* аскорбат радикал *R 1 свободные радикалы организма (ПОЛ, СРО липидов) RO R 1 – нереакционноспособный молекулярный продукт реакции
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ВИТАМИННОГО ДЕФИЦИТА СРЕДИ ВЗРОСЛОГО НАСЕЛЕНИЯ В РФ (%)* Автор ТУТЕЛЬЯН В. А. , 2000;
Гиповитаминоз С • 70% - весной - населения Уральского региона • Максимальные проявления – весенний период • Причина – низкое содержание в пищевых продуктах, неправильное их хранение и термическая обработка • Проявления – утомляемость, кровоточивость десен и слизистых • Цинга – длительная существенная недостаточность вит. С
Препараты витамина С • • • Профилактическая доза 50 мг Лечебная доза – до 500 мг. Мегавитаминная доза 1000 мг Максимальная суточная доза ? По Поллингу – до 10 г/сутки.
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ ХИМИЧЕСКОЕ НАЗВ. ТРИВИАЛЬНОЕ НАЗВАНИЕ Витамин А(ретинол) антиксерофтальмический Витамин D(кальциферол) Витамин Е(токотриенол) антирахитический антистерильный Витамин К(филлохинон) Витамин Q(убихинон) F-комплекс ненасыщенных ЖК - линолевая; -линоленовая; -арахидоновая; антигеморрагический --------
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ ВИТАМИН А (РЕТИНОЛ) Всасывание: в кишечнике; Транспорт: в свободном виде; Активация: в слизистой оболочке кишечника и печени каротиноиды под действием каротиндиоксигеназы превращаются в ретинол, который потом окисляется в ретиналь и ретиноевую кислоту.
содержание провитамина А (бета-каротина) в пищевых продуктах Продукт мкг в 100 г Морковь 4425 Петрушка (свежая) 4040 Шпинат 3840 Кресс-салат (свежий) 2520 Весенняя зелень 2270 Дыни- 1000 Помидоры 604 Спаржа 530 Капуста брокколи 475 Абрикосы 405 Персики 58
ЦИКЛ ПРЕВРАЩЕНИЙ РОДОПСИНА В СЕТЧАТКЕ ГЛАЗА В Родопсин темноте На свету (опсин-11 -цис-ретиналь) Люмиродопсин Метародопсин На свету Опсин+11 -цис-Ретиналь транс-Ретиналь + изомераза надн+ над+н н Алк. ДГ над изомераза 11 -цис-Ретинол транс-Ретинол Вит. А(цис-форма) Вит. А(транс-форма) Опсин
бетта-каротин СН 3 ( СН=СН-С=СН 2)-СН==СН-(СН=С-СН=СН 2) 2 СН 3 В-каротин-диоксигеназа 2 молекулы витамина А
Физиологические эффекты: действие ретиноидов в организме (вещества в рамках — компоненты пищи)
Ретиноевая кислота влияет на рост и дифференцировку клеток; стимулирует эмбриональное развитие и рост организма; обеспечивает его репродуктивную функцию (способствует выработке половых гормонов); действует подобно стероидным гормонам: взаимодействует с ядерными рецепторами в ядре клеток мишеней, стимулирует транскрипцию генов и биосинтез различных белков (ферментов, регуляторных, структурных белков)
Витамин А повышает иммунитет; антиоксидант, способствует инактивации свободных радикалов; необходим для предотвращения сердечнососудистых заболеваний; может впитываться в ткани кожи и стимулировать выделение секрета (слизи), предотвращающего рубцевание; необходим для баланса сахара в крови.
• • Стадии зрительного процесса на сетчатке глаза в мембране светочувствительных клеток сетчатки 11 цис ретиналь в темноте соединяется с белком опсином, образуя родопсин; в родопсине под действием кванта света 11 цис ретиналь фотоизомеризуется в транс ретиналь; родопсин распадается на транс ретиналь и опсин, что приводит к деполяризации мембраны и возникновению нервного импульса, распространяющегося по нервному волокну; транс ретиналь при участии ретинальизомеразы превращается в 11 цис ретиналь. Реакция идет через ста дии: транс ретиналь → транс ретинол → цис ретиналь.
ГИПОВИТАМИНОЗ А -куриная слепота у взрослых ; - ксерофтальмия (сухость оболочек глаза); -кератомаляция (распад роговицы); ГИПЕРВИТАМИНОЗ А: -кахексия; -выпадение волос; -головные боли; -потеря аппетита;
ВИТАМИН D (КАЛЬЦИФЕРОЛ) Всасывание: в кишечнике и из кожи в кровь; Транспорт: витамин-D-связывающим белок переносит все виды витамина D с кровью. Активация: гормонально-активной формой витамина D является кальцитриол. Кальцитриол образуется в организме человека из холекальциферола и эргокальциферола.
Название витамин D объединяет группу родственных соединений, обладающих антирахитическим действием. Важнейшими из них являются: витамин (эргокальциферол) витамин (холекальциферол). Витамин
• Холекальциферол в комплексе с витамин-D-связывающим белком переносится кровью из эпидермиса кожи или из кишечника в печень. • В печени под действием 25 гидроксилазы холекальциферол превращается в кальцидиол.
Витамин D (содержание в продуктах, мкг/г) жир печени скумбрии-----------------1500 жир печени карпа-------------------250 жир печени камбалы-----------------50 -100 печень трески----------------------1, 5 яйцо куриное-----------------------0, 0130, 05 молоко---------------------------0, 001 белые грибы-----------------------0, 088 Шампиньоны----------------------0, 02 -0, 063
Продукт мкг в 100 г Рыбий жир 210 Лосось свежий 25 Консервированный лосось 13 Скумбрия 8 Консервированные сардины 8 Яйца 2
Суточная потребность а витамине А • • для взрослого - 1, 5 мг (5 000 МЕ); для беременных - 2 мг (6 600 МЕ); для кормящих женщин - 2, 5 мг (8 250 МЕ); для детей до 1 года - 0, 5 мг (1 650 МЕ); от 1 года до 6 лет-1 мг (3 300 МЕ); от 7 лет и старше - 1, 5 мг (5 000 МЕ), Лечебные дозы витамина А от 33 000 МЕ (10 мг) до 50 000 - 100 000 МЕ
Тощая, подвздошная кишки всасывание Лимфа (Внутри хиломикронов) 80% свободный витамин 20% эфиры витамина Кровь (ХМ+липопротеиды) Кровь альбумины/ ткани
АКТИВНЫЕ ФОРМЫ ВИТАМИНА D: 1. Эфиры витамина D: пальмитат, стеарат, олеат и линолеат. Синтез их происходит в слизистой оболочке тонкого кишечника в процессе всасывания витамина и осуществляется эстеразой холестерина. 2. Биологически активные продукты витамина D, более полярного характера, - 25–оксихолекальциферол (образуется в печени), превращается в 1, 25 – диоксихолекальциферол в почках, откуда он переносится к клеткам-мишеням. 1, 25 – диоксихолекальциферол – самая активная форма. 3. Сульфат витамина D - он обладает такой же биологической активностью свободного витамина, но менее токсичен ( в больших количествах свободный витамин D токсичен). Синтез осуществляется сульфокиназой холестерина. В большом количестве содержится в грудном молоке.
Биохимические эффекты: Кальциферолы выполняют в организме гормональную функцию. • Рецепторы к акт. формам вит. D обнаружены в тонкой кишке, костях, почках, поджелудочной железе, скелетных мышцах, гладких мышцах сосудов, клетках костного мозга и лимфоцитах. • в клетках кишечника индуцирует синтез Са 2+ переносящих белков, которые обеспечивают всасывание Са 2+, Mg 2+ и фосфатов; • в дистальных канальцах почек стимулирует реабсорбцию Са 2+, Mg 2+ и фосфатов; • при низком уровне Са 2+ увеличивает количество и активность остеокластов, что стимулирует остеолиз; • подавляет секрецию парат гормона; • D 3 участвует в перестройке кости.
Синтезируется в коже из холестерина под действием УФ. при гидроксилировании: печень почка 1)↑ всасывание Ca в кишечнике через синтез белковпереносчиков 2) реабсорбирует Ca и P в почке 3) нормализует работу остеокластов 4) ↓ секрецию ПТГ. Витамин D является предшественником вещества, функционирующего как гормон, – кальцитриол. Превращение витамина в кальцитриол: в печени образуется кальцидиол, а в почках он превращается в кальцитриол. Специфические гидроксилазы, катализирующие эту реакцию, активируются паратгормоном.
Инактивация витамина D происходит в: 1) 2) 3) 4) 5) печени, костной ткани, стенке кишечника, почках, крови. Экскреция осуществляется с желчью, калом и мочой в виде продуктов, лишённых антирахитической активности. Витамин D и продукты его обмена, выводимые с калом, экскретируются в просвет тонкого кишечника с желчью и могут вновь всасываться в тонком кишечнике, что создаёт замкнутую систему энтерогепатической циркуляции этих соединений. В период лактации витамин D экскретируется также с молоком.
Сильная пигментация тормозит фотохимическое образование витамина D, поскольку пигмент поглощает УФ лучи, не пропуская их к более глубоким слоям, где происходит образование витамина D. Белый цвет кожи у северных рас является адаптацией, обеспечивающей образование витамина D в условиях недостаточной инсоляции
чёрная кожа у экваториальных народов служит приспособлением против чрезмерного образования витамина D, способного оказать токсическое действие. Умеренный цвет кожи у красной и жёлтой рас является переходным и соответствует уровню инсоляции в этих зонах обитания.
ГИПОВИТАМИНОЗ Д: -рахит у детей (искревление ног); -остеопороз у взрослых (усиливается вымывание Са 2+ из организма- патологические переломы) -при беременности ( у ребенка поздно развиваются зубы, нарушается костеобразование, наблюдаются головные боли);
↓ всасывания Ca и P в кишечнике + ↓ реабсорбции Ca и P Недостаток витамина D Ca – N (временно), но P и АК ↓ т. к. исходного витамина D всё равно мало, а ПТГ много Выход Ca в кровь ацидоз гипофосфатемия гипо. Caемия Резорбция костной ткани Соли Ca-P в ткани в растворённом состоянии Активация ПТГ Биосинтез 1, 25 диоксикальцифе рола Нет минерализации остеомаляция Стойкие гипо. Caемия и гипофосфатемия
Возрастная потеря кальция Кальций с пищей Потребление витамина Д и синтез Всасывание кальция Кальций в плазме ОБРАЗОВАНИЕ КОСТИ Секреция ПТГ Дефицит эстрогенов КОСТНЫЙ ОБМЕН И РЕЗОРБЦИЯ ПОТЕРЯ КОСТНОЙ МАССЫ
ВИТАМИН Е (ТОКОФЕРОЛ) • связывается энтероцитами и попадают в кровообращение с хиломикронами. • В печени α TTP токоферол транспортный протеин селективно выделяет α токоферол из всех поступающих токоферолов и включает его в ЛПОНП. Другие формы выделяются с желчью и мочой. • Концентрация α токоферола в ЛПОНП не может быть увеличена более чем в 2 3 раза т. к. процесс абсорбции контролируется. • альфа токоферол инактивируется в печени превращением в токофероновую кислоту и токоферонолактон, конъюгируют с глюкуроновой и серной кислотой и выделяются с мочой как глюкурониды и сульфаты.
Минимальная суточная потребность в Витамине Е • грудные дети - 3 -4 МЕ (обычно полностью получают с молоком матери); • дети дошкольного возраста - 6 -7 МЕ; • школьники - 7 -8 МЕ; • мужчины - 10 МЕ; • женщины - 8 МЕ; • беременные и кормящие - 10 -15 МЕ.
Токоферол и ионол
СН 3 СН О СН 3 СН СН 3 *О 3 3 (СН 2)3 -СН-(СН 2)3 -СН-СН 3 альфа-Токоферил-радикал – стабильный свободный радикал
Механизм участия токоферола в антирадикальной защите организма *O R + *R 1 = R 1 O R Где *O R альфа Токоферил радикал *R 1 свободные радикалы организма (ПОЛ, СРО липидов) R 1 O R – нереакционноспособный молекулярный продукт реакции
Содержание витамина Е в пищевых продуктах Продукт мг в 100 г Масло из пшеничных зародышей* 136 Подсолнечное масло* 49 Семечки подсолнуха 38 Миндаль 24 Проростки пшеницы 20 Рыбий жир 20 Арахисовое масло 15 Томатное пюре 5, 3 Оливковое (прованское) масло 5, 1 Яичный желток 3, 1 Картофельные хлопья 3, 1
Биологическая роль • антиоксидант, входит в состав неферментативной антиоксидантной системы, ингибирует реакции СРО в биологических мембранах. • α Токоферол выполняет регуляторную функцию ингибирует протеинкиназу С (α): предотвращает аутофосфорилирование ПК С или стимулирует дефосфорилирование ПК С фосфатазой PP 2 A. • α Токоферол ингибирует ключевые этапы воспаления: 1) производство моноцитами хемотаксических белков, 2) спайку моноцитов с эндотелиальными клеткам, 3), производство артериальными эндотелиальными клетками IL 8, 4) пролиферацию клеток гладких мышц, 5) агрегацию тромбоцитов, 6) активацию NADPH оксидазы, 7) производство коллагена фибробластами человека, 8) возрастное увеличение экспрессии коллагеназы фибробластов кожи человека. • Из за своих антиоксидантных и противовоспалительных свойств, витамин E предотвращает болезни, связанные с окислительным стрессом: сердечно сосудистые заболевания, хроническое воспаление и неврологические нарушения (болезни Альцгеймера и Паркинсона).
• α Токоферол, подобно стероидным гормонам, регулирует активность некоторых генов. • α Токоферол стимулирует синтез тропомиозина, что ингибирует пролиферацию клеток гладких мышц. • α Токоферол ингибирует экспрессию фагоцитарных рецепторов в клетках артериальных гладких мышц, моноцитах и макрофагах, что может предотвращать формирование пенистых клеток и развитие атеросклероза. • α Токоферол необходим для поддержания иммунитета (T и B клеточные функции). • α Токоферол снижает у мужчин синтез андростендиона и тестостерона, что снижает риск развития рака простаты.
• замедляет процесс старения, поддерживает здоровье у пожилых людей, замедляет возрастные изменения кожи
ГИПОВИТАМИНОЗ Е: нарушение овогенеза/сперматогенеза; бесплодие; нарушение протекания беременности; нарушение синтеза половых гормонов; мышечная дистрофия; синдром липидной пероксидации (активация ПОЛ)
ВИТАМИН К (НАФТОХИНОН)
Витамин К(содержание в продуктах, мкг/г) листья каштана-----------------800 шпинат-----------------------270 -550 крапива-----------------------400 люцерна----------------------200 -400 томаты-----------------------100 картофель---------------------20 овес-------------------------10 СУТОЧНАЯ НОРМА 1 МГ
О СН 3 СН 3 СН 2 –СН=С-(СН 2)3 -СН-(СН 2)3 -СН-СН 3 О Витамин К 1 (филлохинон = нафтохинон + фитол ) О СН 3 (СН 2 -СН=С-СН 2)n. Н О Витамин К 2 (менахинон; n=6, 7, 9) О О СН 3 Витамин К 3 (менадион) О SO 3 Na О ВИКАСОЛ
Роль в метаболизме: 1)участие в синтезе 4 факторов свертывания крови -протромбин; -проконвертин; -фактор Кристмаса; -фактор Прауэра-Стюарта; 2)витамин К-кофермент - CO гамма-глутамилкарбоксилазы CO 2 -NH-CH-CH 2 -COOH - CO CООН -NH-CH-CH 2 -CH СООН
• кофермент карбоксилаз, которые в белках карбоксилируют глутаминовую кислоту в γ карбоксиглутаминовой кислоту. После этой реакции белок, за счет 2 расположенных рядом карбоксильных групп, способен связывать Са 2+. • В составе карбоксилаз он карбоксилирует и активируют факторы свёртывания крови: протромбин (фактор II), проконвертин (фактор VII), фактор Кристмаса (фактор IX) и фактор Стюарта (фактор X).
• Минерализация костей и зубов. Витамин К обеспечивает карбоксилирование белков, которые необходимы для минерализации. • Витамин К участвует в реализации функции мышц, способствует усилению перистальтики желудка и кишечника, принимает участие во внутриклеточном дыхании, поддерживает функцию печени и сердца.
Гиповитаминоз К • Снижение гемостаза • кровоизлияния
Суточная потребность взрослого человека в витаминах В 1 В 2 В 3 В 6 Н РР С Бетакаротин 1, 5 -2, 5 мг 2 -3 мг 5 -10 мг 2 -3 мг 0, 015 -0, 03 мг 15 -25 мг 75 -100 мг 2 -5 мг В 12 В 15 Е К Фолиевая Р А Д 0, 001 мг 2 -5 мг 1 -3 мг 0, 1 -0, 5 мг 100 мг 1 -2, 5 мг 0, 012 -0, 025 мг 500 -1000 ИЕ
Суточная потребность в витаминах у детей витамин А, мкг Е, мг 0 -2 м е с 3 -5 м е с 6 -11 м е с 1 -3 г о д 4 -7 л е т 11 -13 14 -17 м 11 -13 м 14 -17 а д 8 -10 л е л в в ь ь е о о ч ч т и ч к ки и и 400 400 450 500 700 1000 3 3 4 - - - 12 М Е 10 М Е 15 М Е 12 М Е 100 М Е 60 75 65 D, мкг 10 10 2, 5 100 М Е С, мг - - - 70
Скачать презентацию ГБОУ ВПО УГМА Минздрава России Кафедра биохимии Лекция
ЛЕКЦИЯ 31 Витамины 2 2012.ppt