ЗАПОРОЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра клинической лабораторной диагностики

ЗАПОРОЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра клинической лабораторной диагностики КЛИНИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ ВИТАМИНОВ кандидат медицинских наук, доцент Беленький Сергей Андреевич ЗАПОРОЖЬЕ 2016

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Общая характеристика и история изучения витаминов. 2. Биологическая роль и биохимические аспекты действия основных витаминов. 3. Нарушение переваривания основных нутриентов в ЖКТ.

«Витамины проявляют себя не своим присутствием, а своим отсутствием» В. А. Энгельгардт

Витамины – это незаменимые минорные компоненты пищи (микронутриенты), не обладающие пластическими и энергетическими функциями, но участвующие в регуляции многих биохимических и физиологических процессов и, вследствие этого, необходимые для поддержания жизненно важных функций организма.

Большинство витаминов не образуется в организме человека вообще или образуется в недостаточном количестве. Источники витаминов у человека пища и кишечные бактерии. Только витамины А и D могут синтезироваться в организме человека, но и для их «производства» необходимы так называемые провитамины.

Витамины играют важнейшую роль в обеспечении всех видов обмена веществ: Ø являясь коферментами разнообразных ферментов (водорастворимые витамины); Ø обладая детоксикационными и антиоксидантными свойствами; Ø выступая посредниками в реали -зации сигналов биологически активных веществ (жирорастворимые витамины).

В 12 С К В 9 В 2 РР ТГФК В 2 В 6 РР В 1 В 2 пантотенат В 1 В 2 карнитин

СУБСТРАТ КОНЕЧНЫЙ ПРОДУКТ ВИТАМИНКОФЕРМЕНТ ДРУГИЕ ЭНЗИМЫ ПЕРВИЧНЫЙ ПРОДУКТ ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ Ко. Е 2 Ко. Е 4 ПРОДУКТ 3 Ко. Е 3 ПРОДУКТ 2

Господствующая теория в ХІХ веке (Рубнер, Фойт, Петтенкофер) – пищевая ценность продуктов питания определяется содержанием в них белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды. Многовековые наблюдения несомненно указывали на существование ряда специфических заболеваний каким-то образом непосредственно связанных с дефектами питания, даже если последнее полностью отвечало указанным выше требованиям (цинга, бери-бери, пелла- гра, рахит, куриная слепота и др. ).

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИТАМИНОВ Важность некоторых видов еды для предотвращения определённых болезней была известна с глубокой древности. Древние египтяне знали, что печень помогает от куриной слепоты. Гиппократ для лечения кровавого илеоса рекомендовал сок огурцов и мед. В 1330 году в Пекине главный императорский лекарь Ху Сыхуэй опубликовал трёхтомный труд «Важные принципы пищи и напитков» ( «Иньшань-чжэнъяо» )

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИТАМИНОВ Цинга (скорбут, староголл. scorbec – язвы во рту) – многовековая неизменная спутница войн, эпидемий и голода. Описание цинги Гиппократом: „Изо рта скверно пахнет; дёсны отделяются от зубов; из ноздрей вытекает кровь. Иногда на ногах развиваются язвы; одни заживают, другие появляются. Цвет чёрен. Кожа истончается. Больной не расположен ни ходить, ни трудиться“

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИТАМИНОВ В эпоху больших географических открытий от цинги моряков погибало намного больше, чем в сражениях и при кораблекрушениях !!! Из-за её широкого сведения о цинге Первые достоверные распространения врачи массовом заболеванииотносили к как о очень долго цингу – времена инфекционным заболеваниям, хотя крестовых походов и длительных осад возбудителя выделить не могли. крепостей (XIII век). С 1556 по 1857 г. г. в Европе зафиксировано 114 эпидемий цинги !

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИТАМИНОВ В 1753 году основатель морской гигиены и предупредительной медицины в Англии Джеймс Линд опубликовал трактат «Лечение цинги» , в котором указал на полезность использования цитрусовых плодов и свежих овощей для ее предотвращения и лечения.

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИТАМИНОВ В 1768 -78 г. г. Джеймс Кук на практике доказал роль растительной пищи в предотвращении цинги, введя в корабельный рацион кислую капусту

УЧЁНЫЕ – ИССЛЕДОВАТЕЛИ ВИТАМИНОВ Николай ЛУНИН – российский врач-педиатр. Впервые в своей диссертационной работе (1880) показал, что, кроме белков, жиров, углеводов, солей и воды, для нормального развития и жизни животных необходимы ещё особые неизвестные в то время вещества.

УЧЁНЫЕ – ИССЛЕДОВАТЕЛИ ВИТАМИНОВ В 1889 году голландский врач Христиан Эйкман в Нидерландской Индии обнаружил, что куры при питании варёным белым рисом заболевают бери, а при добавлении в пищу рисовых отрубей – излечиваются.

УЧЁНЫЕ – ИССЛЕДОВАТЕЛИ ВИТАМИНОВ В 1906 году английский биохимик Фредерик Гоуленд Хопкинс предположил, что помимо белков, жиров, углеводов и т. п. пища содержит ещё какие -то вещества, необхо-димые для человеческого организма, которые он назвал «accessory factors» .

УЧЁНЫЕ – ИССЛЕДОВАТЕЛИ ВИТАМИНОВ Казимеж ФУНК – польский Впервые выделил (1912) из рисовых отрубей вещество, излечивающее от бери-бери. Ввел термины «витамин» ( «vitamine» ) и «авитаминоз» . Показал, что витамины входят в состав многих ферментов. Предложил методы лечения и профилактики авитаминозов биохимик.

УЧЁНЫЕ – ИССЛЕДОВАТЕЛИ ВИТАМИНОВ Большая заслуга Функа состоит также в том, что он обобщил данные по таким болезням, как бери-бери, цинга, пеллагра и рахит, и заявил, что каждая из этих болезней вызывается отсутствием специфического вещества. В июне 1912 г. он написал статью "Этиология болезней недостаточности" (The etiology of the deficiency diseases), а 2 года спустя издал монографию под названием "Витамины» .

ЛАУРЕАТЫ НОБЕЛЕВСКИХ ПРЕМИЙ Адольф ВИНДАУС – немецкий химик и биохимик. 1928, «За изучение свойств и строения витамина D» . Христиан ЭЙКМАН – голландский врач и Фредерик ХОПКИНС – английский биохимик, 1929, «За открытие витаминов, стимулирующих процессы роста» . Пауль КАРРЕР – швейцарский химик и биохимик, 1937, «За исследование каротиноидов и флавинов, а также за изучение витаминов А и В 2» . Альберт СЕНТ-ДЬЁРДЬИ – венгерский врач, 1937, «Исследование процессов биоокисления, связанные с изучением витамина С» .

Уолтер Норман ХОУОРС – английский биохимик, 1937, «За исследования углеводов и витамина С» . Рихард КУН – немецкий химик и биохимик, 1938, «В знак признания проделанной работы по каротиноидам и витаминам» . Карл Петер Хенрик ДАМ – датский биохимик, 1943, «За открытие витамина К» . Эдуард Аделберт ДОЙЗИ – американский биохимик, 1943, «За расшифровку химической структуры витамина К» . Джордж УОЛД – американский биохимик, 1967, «За исследования первичных физиологических и химических зрительных процессов и роль в них изоформ витамина А» .

ХАРАКТЕРИСТИКА ВИТАМИНОВ В настоящее время насчитывается около 80 витаминов и витаминоподобных веществ. В большинстве случаев – это низкомолекулярные органические вещества. Обозначение – заглавные латинские буквы А, В, С, D, Е, F, G, Н, K, L, M(В 9), N, O, P, T, Q, U или буква с индексом А 1, А 2, В 1, В 2, В 3(PP), В 6, D 2, D 3, K 1, K 2, В с, В т , В х

Витамин Названия витамина В 1 Тиамин В 2 Рибофлавин В 3 , (РР) Никотинамид В 4 Холин, В 5 Пантотеновая В 6 Пиридоксин, В 7, (Н) Биотин В 8 Инозит, В 9, В с Фолиевая кислота, витамин М В 10 Пара-аминобензойная В 11 L-карнитин, В 12 Кобаламин, цианокобаламин, метилкобаламин В 13 Оротовая В 14 Тетрагидробиоптерин, аденин кислота, витамин Вх пиридоксаль, пиридоксамин миоинозит, аденозин, кислота, витамин Т, витамин U витамин Н 1 Вт, витамин О кислота Липоевая кислота

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИТАМИНОВ 1. По способности растворяться в воде или в жирах: водорастворимые (группа В и Vit С, Р) жирорастворимые (А, D, Е, К). 2. По характеру их специфических функций: витамины-коферменты (В 1, В 2, В 6, РР, К) витамины-прогормоны (D, A) витамины-антиоксиданты (С, Е)

Коферментная форма – В 1 - ТИАМИН - антиневритный тиаминпирофосфат - ТПФ АТФ АМФ B 1 ТПФ тиаминфосфокиназа Биологическая роль – входит в состав: транскетолазы (ПФП окисления глюкозы) пируватдегидрогеназы -кетоглутаратдегидрогеназы декарбоксилазы -кетокислот с разветвленной цепью

Транскетолазные реакции

Пируватдегидрогеназный комплекс ацетил-Ко. А

-кетоглутаратдегидрогеназа декарбоксилаза -кетокислот с разветвленной цепью

Гиповитаминоз: бери-бери поражение пищеварительной, сердечнососудистой и нервной систем

В 2 – РИБОФЛАВИН – витамин роста КОФЕРМЕНТНЫЕ ФОРМЫ – флавинмононуклеотид - ФМН флавинадениндинуклеотид – ФАД в качестве простетических групп входят в Тип катализируемой реакции – окислительно-восстановительные состав флавиновых ферментов

Биологическая роль: кофермент дыхательной цепи (участие в биологическом окислении – перенос Н+ и е-) прямое окисление с участием О 2 (МАО, ксантиноксидаза, оксидазы Dаминокислот, пиридоксиноксидаза; дигидрофолат-, глутатион- и метгемоглобин-редуктазы) Авитаминоз – задержка роста, анемия, дерматит, хейлоз (поражения слизистой губ с вертикальными трещинами), стоматит, глоссит, конъюнктивит, катаракта.

кофермент дыхательной цепи

Прямое окисление с участием О 2 R-CH 2 -NH 2+ Е-ФАД + H 20 -> R-CHO + NH 3+ Е-ФАДН 2 (1) Е-ФАДН 2 +02 -> Е-ФАД + Н 202 (2)

В 3 (РР) - никотиновая кислота, никотинамид, ниацин - антипеллагрический КОФЕРМЕНТНЫЕ ФОРМЫ – никотинамидадениндинуклеотид – НАД+ никотинамидадениндинуклеотидфосфат - НАДФ+

Биологическая роль: коферменты дегидрогеназ (перенос Н+ и е-) НАДФ-Н – донор протонов в реакциях биосинтеза (источник ПФШ) аллостерические регуляторы ряда ферментов Гиповитаминоз – пеллагра: дерматит диаррея деменция

В 6 – пиридоксин – антидерматитный Коферментные формы – пиридоксаль-фосфат пиридоксамин-фосфат

Биологическая роль: кофермент трансаминаз кофермент декарбоксилаз аминокислот участие в трансмембранном переносе аминокислот Гиповитаминоз – пеллагроподобный дерматит, полиневрит; Пиридоксальзависимые энзимопатии

ТРАНС(дез)АМИНИРОВАНИЕ 42

МЕХАНИЗМ ТРАНСАМИНИРОВАНИЯ

ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ Синтез гема 44

Витамин С – аскорбиновая кислота Биологическая роль: окислительное гидроксилирование пролина и лизина (при синтезе коллагена) образование кортикостероидов, катехоламинов, серотонина, карнитина антиоксидант обеспечение всасывания железа

Гиповитаминоз – цинга (скорбут) Scorbec (голланд. ) – язвы во рту Кровоточивость десен, язвы на слизистой рта, расшатываются и выпадают зубы. Точечные и пятнистые кровоизлияния на туловище и конечностях. Кости хрупкие, артралгии. Малокровие, резко снижен иммунитет.

В 5 - ПАНТОТЕНОВАЯ КИСЛОТА Коферментные формы – коэнзим А, 4 -фосфопантетеин Биологическая роль: - активация ацетата и жирных кислот - окисление и синтез ВЖК - синтез холестерина и других стероидов, - синтез кетоновых тел - ацилирование в синтезах гема и ацетилхолина - Окислительгное декарбоксилирование пирувата и -кетоглутарата Всасывание различных веществ в ЖКТ

В 9 или Вс - ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА фактор роста (антианемический) птеридиновый цикл п-аминоглутаминовая бензойная кислота

КОФЕРМЕНТНАЯ ФОРМА тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК) ФК + НАДФ-Н 2 = дигидро. ФК + НАДФ+ ДГФК + НАДФ-Н 2= тетрагидро. ФК + НАДФ+ Тип катализируемой реакции – перенос одноуглеродных фрагментов: метил -СН 3 метилен -СН 2 - метенил =СНформил –СНО формамин –СНNН

ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА КОФЕРМЕНТНАЯ ФОРМА фактор роста (антианемический) тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК) Биологическая роль: участвует в процессах обмена пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аминокислот (метионина, серина, глицина) Гиповитаминоз – злокачественные анемии (макроцитарная, Аддисона. Бирмера), тромбоцитопения

В 12 - кобаламин – антианемический Коферментные формы: метил- и дезоксиаденозил-кобаламин

В 12 - кобаламин – антианемический Биологическая роль : - метил-В 12 совместно с ТГФК участвует в реакциях трансметилирования -дезоксиаденозил- В 12 - кофермент метилмалонил. Ко. Амутазы (катализирует превращение метилмалонил. Ко. А в сукцинил-Ко. А) Гиповитаминоз – мегалобластическая анемия, пернициозная анемия (болезнь Аддисона-Бирмера)

ВИТАМИН Н – Биотин – антисеборейный витамин Источник – микрофлора кишечника, продукты растительного и животного происхождения Биологическая роль - в качестве простетической группы входит в состав биотиновых ферментов, катализирующих реакции карбоксилирования и транскарбоксилирования: - биосинтез жирных кислот (ацетил-Ко. Акарбоксилаза) --превращение пирувата в оксалоацетат (пируваткарбоксилаза) -- биосинтез пуриновых нуклеотидов Гиповитаминоз – при нарушении нормальной микрофлоры кишечника (при длительном приеме антибиотиков и сульфаниламидов). В эксперименте на животных при длительном скармливании сырого яичного белка, который содержит белок авидин, препятствующий нормальному всасыванию биотина. Проявляется патологическими изменениями кожи по типу себореи, выпадение волос, поражение ногтей, депрессия

Биотин - витамин Н Коферментная форма - N-карбоксибиотин Входит в состав биотиновых ферментов, связываясь с аминогруппой лизина в активном центре этих ферментов. Кофермент биотина способствует усвоению тканями углекислоты, катализируя реакции двух типов: üреакции карбоксилирования, сопряженные с распадом АТФ например, а) пируваткарбоксилаза пируват оксалоацетат (анаплеротическая - поплняющая реакция ) б) ацетил. Ко. А малонил. Ко. А üреакции транскарбоксилирования - без участия АТФ Таким образом, биотин обеспечивает течение глюконеогенеза, синтеза ВЖК, восполнение ЦТК и др. В яичном белке содержится гликопротеид - аведин, который обпазует специфический нерастворимый комплекс с биотином, который не расщепляется в ЖКТ, что ведет к дефициту биотина.