Вітаміни План лекції 1 Історія відкриття вітамінів

Вітаміни

План лекції 1. Історія відкриття вітамінів та їхнє біологічне значення. 2. Класифікація вітамінів. 3. Жиророзчинні вітаміни. 4. Водорозчинні вітаміни. 5. Вітаміноподібні речовини. 6. Антивітаміни.

Вітаміни • • • Вітаміни – це низькомолекулярні органічні сполуки, що є життєво необхідними компонентами обміну речовин. Вони не синтезуються в організмі людини, а надходять із компонентами харчування. Їхня добова потреба становить міліграмову або мікро-грамову кількість. Патологічні стани, яким властиві відносна або абсолютна вітамінна недостатність, називають, відповідно, гіпо- та авітамінозами. У цьому випадку відбуваються порушення певних метаболічних процесів та клітинних функцій, у яких беруть участь вітаміни. Багато вітамінів мають коферментну функцію. Структура кожного коферментного вітаміну унікальна, її характеризує наявність спряжених зв’язків з електронноакцепторними або електроннодонорними властивостями. Деякі вітаміни виконують регуляторні функції, зокрема, беруть участь у регулюванні проникності мембран, проходження крізь них катіонів. Залежно від фізико-хімічних властивостей вітаміни поділяють на водо- та жиророзчинні.

Жиророзчинні вітаміни • За хімічною будовою жиророзчинні вітаміни А, D, E, K є похідними ізопрену і складаються з циклічної частини та довгого розгалуженого вуглеводневого радикала. • Жиророзчинні вітаміни добре взаємодіють із гідрофобними розчинниками. Більшість з цих вітамінів є компонентами біомембран, у складі яких вони виконують специфічні функції, зокрема біоантиоксидантів (вітаміни А, Е, К). • 1. Вітамін А (антиксерофтальмічний); ретинол • 2. Вітамін D (антирахітичний); кальцифероли • 3. Вітамін Е (антистерильний, вітамін розмноження); токофероли • 4. Вітамін К (антигеморрагічний); нафтохінони

Водорозчинні вітаміни • • • 1. Вітамін B 1 (антиневритний); тіамін 2. Вітамін В 2 (вітамін росту); рбофлавін 3. Вітамін В 6 (антидерматитний, адермін); піридоксин 4. Вітамін B 12 (антианемічний); ціанкобаламін; кобаламін 5. Вітамін РР (антипеллагричний, ніацин); нікотинамід 6. Вітамін Вc (антианемічний); фоліевая кислота 7. Вітамін В 3 (антидерматитний); пантотенова кислота 8 Вітамін Н (антисеборейний, фактор росту бактерій, дріжджів та грибків); біотин 9. Вітамін С (антискорбутний); аскорбінова кислота 10. Вітамін Р (капілярозміцнюючий, вітамін проникності); біофлавоноїди

Вітамін А • Вітамін А (ретинол). Відомі дві природні форми вітаміну А – вітамін А 1 (ретинол) і вітамін А 2: • В організмі вітаміни групи А легко окиснюються за участю ферментів з утворенням відповідних альдегідів – ретиналей. • β-каротин

Участь вітаміну А у процесі зору Відома участь вітаміну А у процесі зору. У ньому особливу роль відіграє складний білок родопсин, який є головною світлочутливою речовиною сітківки ока, зокрема паличок. Родопсин складається з ліпопротеїну опсину і простетичної групи, яка представлена альдегідом – вітаміну А 1–ретиналем. У разі збудження родопсину видимим світлом ретиналь, у якого один подвійний зв’язок в 11 -му положенні перебуває в цис-конфігурації (решта подвійних зв'язків мають трансконфігурацію), ізомеризується в повністю транс-ретиналь. Цей процес супроводжується розпадом зорового пігменту родопсину на білок опсин і транс-ретиналь.

• • Вважають, що за цих умов виникають зміни всієї молекули родопсину Такі конформаційні зміни слугують молекулярним пусковим механізмом, що збуджує в закінченнях зорового нерва імпульс, який потім передається у мозок. У ході „темнових" ферментативних реакцій утворений у разі освітлення повністю транс -ретиналь знову перетворюється у вихідний 11 -цис-ретиналь. Він зв'язується з опсином, і знову утворюється родопсин. Клінічно нестача вітаміну А виявляється у порушенні зору, затримці росту в молодому віці, сухості слизових оболонок, порушеннях функції розмноження.

Вітамін А

Вітамін D • До вітамінів групи D належать вітамін D 2 (ергокальциферол) та вітамін D 3 (холекальциферол). • Біологічну активність виявляє не сам вітамін D 3, а його окисне похідне 1, 25 -дигідроксихолекальциферол (кальцитріол), який утворюється поетапно у печінці і в нирках. Кальцитріол регулює фосфорно-кальцієвий обмін в організмі. • Клінічно нестача вітаміну D виявляється в дітей у вигляді захворювання, яке називають рахіт. Його характерними симптомами є викривлення кісток нижніх кінцівок і деформація грудної клітки.

Синтез вітаміну D 3 при ультрафіолетовому опроміненні

Вітамін D

Вітамін К - філохінон До групи вітамінів К належать два типи хінонів із бічними ланцюгами, що представлені ізопреноїдними ланцюгами: вітамін K 1 і вітамін К 2. В основі циклічної структури обох вітамінів є кільце 1, 4 -нафтохінону. Вітамін К необхідний для нормального утворення білка плазми крові протромбіну, який є неактивним попередником тромбіну – ферменту, що перетворює білок плазми крові фібриногену фібрин – нерозчинний білок, який є основою при формуванні кров’яного згустка:

Вітамін К • За нестачі вітаміну K в організмі синтезуються дефектні молекули протромбіну, які нездатні правильно зв’язувати іони Са 2+, що викликає порушення у системі зсідання крові.

Вітамін К Залишок L-глутамату • • Залишок L -γ-карбоксиглутамату Вітамін К бере участь в синтезі протромбіну в печінці. Вітамін К є необхідним стимулятором біосинтезу в печінці мінімум 4 білківферментів, що задіяні у складному процесі зсідання крові: факторів II, VII, IX, X. Зокрема, є данні, про те, що в молекулі названих факторів обов’язково є залишки карбоксиглутамінової кислоти; в молекулі активного протромбіну таких залишків виявлено 10. Протромбін, будучи протеолітичним ферментом, розщеплює специфічені пептидні зв’язки розчинного білка крові фібриногену з утворенням нерозчинного фібрину. Показано, що γкарбоксилювання залишків глутамінової кислоти в молекулі білків, зокрема протромбіну, відбувається посттрансляційно за участю γглутамілкарбоксилази, яка вимагає наявності вітаміну К. Джерелом СО 2 є НСО 3 –. В цій реакції вітамін К виконує кофакторну функцію.

Антивітамін К • Одним з найпотужніших антивітамінів К є природна речовина дикумарол (дикумарин). Введення його викликає різке зниження в крові концентрації протромбіну і ряду інших білкових факторів зсідання крові і відповідно викликає кровотечу. Аналогічними властивостями у якості антикоагулянтів володіє синтетичний аналог вітаміну К варфарин, який діє як конкурентний інгібітор тромбоутворення.

Вітамін Е • • Властивості вітаміну Е має група похідних токолу - α-, β- та γ-токофероли. Найпоширеніший і біологічно активний серед токоферолів є α -токоферол: За його нестачі у тканині відбуваються процеси інтенсифікації перекисного окиснення ненасичених жирних кислот. Унаслідок цього порушується структура мембран. Клінічно нестача вітаміну Е виявляється у порушеннях репродуктивної функції, м'язовій дистрофії, некрозодистрофічних процесах у печінці.

Жиророзчинні вітаміни Назва вітаміну Добова потреба Джерело Роль в фізіологічних процесах Прояви авітамінозів А-ретинол та його попередник - каротин 1 мг Риб’ячий жир, яйця, вершкове масло, морква Регуляція утворення зорових пігментів, життєзабезпечення епітеліальних тканин Куряча сліпота, ураження рогівки, шкіри, дихальних шляхів Д- кальциферол 0, 00130, 0025 мг Риб’ячий жир, яйця, печінка, молоко. Регуляція обміну кальцію та фосфору, утворення кісткової тканини Рахіт: порушення утворення кісткової тканини Е - токоферол 10 мг Листя овочів, рослинні олії, кишкова мікрофлора. Життєзабезпечення еритроцитів, розмноження Зменшення числа еритроцитів, безпліддя, м’язова дистрофія К - філохінон 0, 3 мг Овочі, кишкова мікрофлора. Забезпечення процесу зсідання крові Кровоточивість ясен, крововиливи

Водорозчинні вітаміни • Особливістю водорозчинних вітамінів є їхня участь у конструюванні молекул коферментів. Сьогодні коферментна роль виявлена для вітамінів В 1, В 2, В 6, В 12, РР, біотину, фолієвої, пантотенової та ліпоєвої кислот.

Водорозчинні вітаміни 1. Вітамін B 1 (антиневритний); тіамін 2. Вітамін В 2 (вітамін росту); рбофлавін 3. Вітамін В 6 (антидерматитний, адермін); піридоксин 4. Вітамін B 12 (антианемічний); ціанкобаламін; кобаламін 5. Вітамін РР (В 5)(антипеллагричний, ніацин); нікотинамід 6. Вітамін Вc (антианемічний); фоліевая кислота 7. Вітамін В 3 (антидерматитний); пантотенова кислота 8 Вітамін Н (антисеборейний, фактор росту бактерій, дріжджів та грибків); біотин 9. Вітамін С (антискорбутний); аскорбінова кислота 10. Вітамін Р (капілярозміцнюючий, вітамін проникності); біофлавоноїди

Тіамін - B 1 • Участь тіаміну в регулюванні метаболізму тканин визначена його коферментною формою тіаміндифосфатом (ТДФ), який є у складі піруватдегідрогеназного або α-кетоглутаратдегідрогеназного комплексів і транскетолази. Завдяки цьому ТДФ сприяє окисненню пірувату і αкетоглутарату в мітохондріях, а отже, утворенню енергії при окисненні вуглеводів і амінокислот Клінічно нестача вітаміну В 1 виявляється розвитком уражень периферичної нервової системи, порушеннями з боку міокарда, секреторної та моторної функцій шлунка.

Тіамін - B 1

Рибофлавін – В 2 • Біологічні функції вітаміну В 2 полягають в участі в окисновідновних реакціях. Коферментними формами вітаміну є флавінаденіндинуклеотид (ФАД) та флавінмононуклеотид (ФМН). Ці коферменти беруть участь у численних реакціях окиснення речовин у клітинах: Клінічно нестача рибофлавіну виявляється запальними явищами слизової обо-лонки ротової порожнини, порушеннями зору.

Рибофлавін – В 2 • ФАД флавінаденіндинукдеотид

Ніацин – (РР)В 5 • Властивості вітаміну РР мають нікотинова кислота та її амід: Вітамін РР необхідний для перебігу багатьох біохімічних реакцій, пов’язаних з окисненням субстратів вуглеводної, ліпідної, амінокислотної природи й інших метаболічних шляхів. Коферментними формами вітаміну є коферменти дегідрогеназ: нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД+) та нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат (НАДФ+).

Ніацин – (РР)В 5

• Нікотинамідні коферменти є переносниками атомів Гідрогену у процесах біологічного окиснення. Це простетичні групи дегідрогеназ, які окиснюють субстрати і переносять атоми Гідрогену на флавопротеїни: Відомо більше 200 ферментів, які каталізують реакції за допомогою НАД+ або НАДФ+. Приймаючи гідрид-іони від одних субстратів, НАДН чи НАДФН виступають донорами гідрид-іонів для інших субстратів. Загальний вигляд реакції такий:

• Загальна назва ензимів цього типу є оксидоредуктази або дегідрогенази. Наприклад, ензим алкогольдегідрогеназа каталізує перший крок катаболізму етанолу, у цій реакції алкоголь окиснюється до ацетальдегіду: Клінічно нестача вітаміну РР виявляється дерматитами, порушеннями травлення та функції периферичної нервової системи.

Вітамін В 6 • Група вітаміну В 6 охоплює три споріднені сполуки: піридоксин, піридоксаль і піридоксамін, які у біологічних системах легко перетворюються одне в одного. Активною формою вітаміну є піридоксальфосфат або його аміноформа - піридоксамінфосфат. • Піридоксальфосфат є у складі ферментів, які каталізують перетворення амінокислот. Добре вивчена важлива група цих ферментів - трансамінази, які забезпечують реакції обміну аміногрупою між амінокислотою та кетокислотою. У цих реак-ціях участь вітаміну полягає у перенесенні функціональної групи від одного субстрату на інший. •

Вітамін В 6

Вітамін Н - біотин • Молекула біотину складається з імідазольного й тіофенового кілець, які становлять гетероциклічну частину молекули, а бічний ланцюг представлений залишком валеріанової кислоти: У біотинозалежних ферментах молекула біотину ковалентно приєднана до ферментного білка за допомогою амідного зв’язку. Біотин відіграє роль переносника карбоксильних груп (у вигляді карбоксибіотину) у багатьох реакціях ферментативного карбоксилювання, які відбуваються за участю АТФ. Клінічно нестача вітаміну виявляється в людини у вигляді дерматитів.

Фолієва кислота – В 11 Фолієва (птероїлглутамінова) кислота (фолацин) залежно від виду тварин або штаму бактерій, які потребують для нормального росту присутності цього харчового чинника, називалася по-різному: фактор росту L. casei; вітамін М, необхідний для нормального кровотворення у мавп; вітамін Вс, фактор росту курчат (індекс "с" від англ. chicken курча). У 1941 р. фолієва кислота була виділена із зеленого листя рослин, у зв'язку з чим і дістала свою остаточну назву (від лат. folium - лист). Ще до встановлення хімічної структури фолієвої кислоти було показано, що для зростання деяких бактерій потрібна присутність в поживному середовищі параамінобензойної кислоти. Додавання її структурних аналогів, зокрема сульфаніламідних препаратів, навпаки, виявляло гальмівну дію на ріст бактерій. Нині встановлено, що ця рістстимулююча дія параамінобензойної кислоти обумовлена включенням її до складу складніше побудованої молекули фолієвої кислоти. Фолієва кислота складається з трьох структурних одиниць: залишку 2 -аміно-4 -окси-6 метилптеридину (I), параамінобензойної (II) і Lглутамінової (III) кислот.

Вітамін В 12 (кобаламін) відрізняється від усіх інших вітамінів не лише складністю будови, а й вмістом важливого для організму мікроелемента Кобальту Цей вітамін виробляють тільки деякі види мікроорганізмів. Cobalamin • У ссавців відомі дві реакції, у яких бере участь вітамін В 12: перетворення гомоцистеїну в метіонін, а також перетворення метилмалонової кислоти у бурштинову. • Нестача цього вітаміну у людини зумовлює порушення синтезу нуклеїнових кислот і білків у тканинах з інтенсивною клітинною проліферацією.

Пантотенова кислота – В 3 За хімічною будовою є сполукою 2, 4 -діокси-3, 3 -диметилбутанової кислоти й аланіну утвореною за допомогою амідного зв’язку: Виявлений в усіх досліджуваних тканинах рослин і тварин, а також у мікроорганізмів. Пантотенова кислота необхідна для перетворення жирних кислот у тканині. Вона є у складі тіолових сполук, які беруть участь в активації жирних кислот. У разі окиснення жирних кислот таким активатором є коензим А (Ко. АSH):

Аскорбінова кислота – вітамін С • Однією з головних властивостей аскорбінової кислоти є здатність до оборотних окисно-відновних перетворень: Реакціями, де участь вітаміну С остаточно з’ясована, є гідроксилювання проліну та лізину при біосинтезі колагену, а також синтез дофаміну, норадреналіну, серотоніну. Вітамін С бере участь в реакціях синтезу гормонів кори наднирникових (кортикостероїдів), амінокислоти триптофану і, можливо, в інших реакціях гідроксилювання. Є докази необхідності участі вітаміну С в окиснювальному розпаді тирозину і гемоглобіну в тканинах. Клінічно нестача вітаміну С виявляється ураженнями судинних стінок і опорних тканин, які містять білок колаген.

Рутин, цитрин, вітамін проникності • Ця назва об’єднує групу речовин біофлавоноїдів, які в будові мають флавонове ядро, зв’язане з глікозидною групою. Як приклад наводять структурну формулу рутину котрий використовують як лікарський препарат вітаміну Р і який містить дисахарид рутинозу. • Біохімічна функція вітаміну Р - участь в окисно-відновних процесах у організмі. • Клінічно нестача вітаміну Р виявляється у збільшенні проникності капілярів, крововиливах.

Рутин, цитрин, вітамін проникності Вітамін Р (рутин, цитрин; вітамін проникності) був виділений в 1936 р. А. Сент-Дьйорді з шкірки лимона. Під терміном «вітамін Р» , що підвищує резистентність капілярів (від лат. permeability – проникність), об'єднується група речовин з схожою біологічною активністю: катехіни, халкони, дигідрохалкони, флавіни, флавонони, ізофлавони, флавоноли і ін. Всі вони володіють Р-вітамінною активністю, і в основі їх структури лежить дифенілпропановий вуглецевий «скелет» хромону або флавона. Цим пояснюється їхня загальна назва «біофлавоноїди» . Біофлавоноїд стабілізує основну речовину сполучної тканини шляхом інгібування гіалуронідази, що підтверджується даними про позитивний вплив Р-вітамінних препаратів, як і аскорбінової кислоти, в профілактиці і лікуванні цинги, ревматизму, опіків і ін. Ці дані вказують на тісний функціональний зв'язок вітамінів С і Р в окиснювально-відновних процесах організму, які об’єднуються у єдину систему.

Водорозчинні вітаміни Назва вітаміну Добова потреба Джерело Роль в фізіологічних процесах Прояви авітамінозів 50 -100 мг Журавлина, чорна смородина, шипшина, часник, цитрусові Регуляція обміну вуглеводів, утворення сполучної тканини Цинга – порушення утворення сполучної тканини, ламкість судин, кровоточивість ясен, крововилив В 1 - тіамін 1 -2 мг Зерна злакових, печінка, яйця, дріжджі. Кофермент одного з ферментів клітинного дихання (окисного фософрилювання) Поліневрит (хвороба Бері-бері), порушення проведення по нервових волокнах, судоми, параліч м’язів В 2 - рибофлавін 2 -4 мг Печінка, яйця, молоко, зерна жита, рибопродукти Кофермент одногоз ферментів клітинного дихання (окисного фософрилювання) Ураження шкіри (дерматити), порушення зору В 6 - Піридоксин 1 -2 мг Дріжджі, печінка, яйця, нирки, кишкова мікрофлора. Кофермент, бере участь в обміні амінокислот і жирних кислот. Дерматити, неврологічні розлади В 12 - ціанкобаламін 2 -3 мг Печінка, яйця, нирки, кишкова мікрофлора, сир. Регуляція нуклеїнових кровотворення Злоякісне малокрів’я С-аксорбінова кислота синтезу кислот,

Вітаміноподібні речовини

Антивітаміни • Антивітаміни поділяють на дві групи: 1) Антивітаміни, що мають структуру подібну до структури нативного вітаміну, і виявляють дію, що грунтується на конкурентних взаємовідносинах з ним; 2) Антивітаміни, що викликають модифікацію хімічної структури вітамінів або утруднюють їхнє всмоктування, транспорт, що супроводжується зниженням або втратою біологічного ефекту вітамінів.

Жиророзчинні вітаміни Назва вітаміну Добова потреба Джерело Роль в фізіологічних процесах Проявлення автамінозів А-ретинол та його попередник - каротин 1 мг Риб’ячий жир, яйця, вершкове масло, морква Регуляція утворення зорових пігментів, життєзабезпечення епітеліальних тканин Куряча сліпота, ураження рогівки, шкіри, дихальних шляхів Д- кальциферол 0, 00130, 0025 мг Риб’ячий жир, яйця, печінка, молоко. Регуляція обміну кальцію та фосфору, утворення кісткової тканини Рахіт: порушення утворення кісткової тканини Е - токоферол 10 мг Листя овочів, рослинні олії, кишкова мікрофлора. Життєзабезпечення еритроцитів, розмноження Зменшення числа еритроцитів, безпліддя, м’язова дистрофія К - філохінон 0, 3 мг Овочі, кишкова мікрофлора. Забезпечення процесу зсідання крові Кровоточивість ясен, крововиливи

Вітамін К - філохінон Phylloquinone – К 1 Menaquinine –К 2 Menadione –К 3

Ніацин – (РР)В 5 Nicotinic acid Nicotinamide + НАДФ нікотинамідаденін динуклеотидфосфат НАД + нікотинамідаденін динуклеотид