Биохимические реакции с участием витаминов

Что такое витамины?

Понятием витамины в настоящее время объединяется группа низкомолекулярных веществ разнообразной природы, которые необходимы для биохимических реакций, обеспечивающих рост, выживание и размножение организма. Витамины образно называют пламень жизни, так как жизнь без витаминов невозможна.

Классификация витаминов

Функция жирорастворимых витаминов может быть коферментной (витамин К), антиоксидантной (витамины А и Е), или гормональной (витамины A и D).

Водорастворимые витамины обычно выступают в роли коферментов и простетических групп – таких молекул, которые непосредственно участвуют в работе ферментов.

3. Также выделяют витаминоподобные вещества :

Витамеры

Иногда витамин представлен различными химическими формами – витамерами (витамин + греч. meros – часть), т.е. соединениями с витаминной функцией, сходными по структуре. Например,

• витамин E представлен группой витамеров – α-, β- и γ-токоферолами,
• витамин К – менахинонами и филлохинонами,
• витамин D может быть в виде эргокальциферола и холекальциферола,
• витамин F включает схожие полиненасыщенные жирные кислоты.

Провитамины

Некоторые витамины поступают в организм в виде провитаминов. В организме провитамины превращаются в активные формы, например:

• каротиноиды, в частности β-каротин, превращаются в витамин А,
• пищевой эргостерол или 7-дегидрохолестерол под действием ультрафиолетовых лучей превращаются соответственно в эргокальциферол (витамин D2) и холекальциферол (витамин D3).

Антивитамины

Соединения, препятствующие проявлению эффектов витамина тем или иным образом, получили название антивитамины . Их подразделяют на две основные группы:

1. Вещества, которые инактивируют витамин путем его расщепления, разрушения или связывания его молекул в неактивные формы. Примером служит яичный белок авидин или фермент тиаминаза.
2. Вещества, похожие по структуре на тот или иной витамин. Эти вещества конкурентно вытесняют витамины из ферментов, препятствуют образованию их коферментных форм или участию в реакциях. Примером являются антибактериальные препараты группы сульфаниламидов (антифолаты), дикумарол (антивитамин К), изониазид (антивитамин РР).

Свойства витаминов

Независимо от своих свойств витамины характеризуются следующими общебиологическими свойствами:

1. В организме витамины не образуются, их биосинтез осуществляется вне организма человека, т.е. витамины должны поступать с пищей. Тех витаминов, которые синтезируются кишечной микрофлорой обычно недостаточно для покрытия потребностей организма (строго говоря, это тоже внешняя среда). Исключением является витамин РР, который может синтезироваться из триптофана, и витамин D (холекальциферол), синтезируемый из холестерола.

2. Витамины не являются пластическим материалом. Исключение – витамин F.

3. Витамины не служат источником энергии. Исключение – витамин F.

4. Витамины необходимы для всех жизненных процессов и биологически активны уже в малых количествах.

5. При поступлении в организм они оказывают влияние на биохимические процессы, протекающие в любых тканях и органах, т.е. они неспецифичны по органам.

6. В повышенных дозах могут использоваться в лечебных целях в качестве неспецифических средств: при сахарном диабете – B₁, B₂, B₆, при простудных и инфекционных заболеваниях – витамин С, при бронхиальной астме – витамин РР, при язвах ЖКТ – витаминоподобное вещество U и никотиновая кислота, при гиперхолестеринемии – никотиновая кислота.

Источник

Витамин В3 (PP, ниацин, антипеллагрический)

Название витамина PP дано от итальянского выражения preventive pellagra – предотвращающий пеллагру.

Источники

Хорошим источником являются печень, мясо, рыба, бобовые, гречка, черный хлеб. В молоке и яйцах витамина мало. Также синтезируется в организме из триптофана – одна из 60 молекул триптофана превращается в одну молекулу витамина.

Суточная потребность

Строение

Витамин существует в виде никотиновой кислоты или никотинамида.

Две формы витамина РР

Его коферментными формами являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и фосфорилированная по рибозе форма – никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).

Строение окисленных форм НАД и НАДФ

Биохимические функции

Перенос г идрид-ионов Н – (атом водорода и электрон) в окислительно-восстановительных реакциях.

Механизм участия НАД и НАДФ в биохимической реакции

Благодаря переносу гидрид-иона витамин обеспечивает следующие задачи:

1. Метаболизм белков, жиров и углеводов. Так как НАД и НАДФ служат коферментами большинства дегидрогеназ, то они участвуют в реакциях

Пример биохимической реакции с участием НАД

2. НАДН выполняет регулирующую функцию, поскольку является ингибитором некоторых реакций окисления, например, в цикле трикарбоновых кислот.

3. Защита наследственной информации – НАД является субстратом поли-АДФ-рибозилирования в процессе сшивки хромосомных разрывов и репарации ДНК.

4. Защита от свободных радикалов – НАДФН является необходимым компонентом антиоксидантной системы клетки.

5. НАДФН участвует в реакциях

• ресинтеза тетрагидрофолиевой кислоты (кофермент витамина B9) из дигидрофолиевой после синтеза тимидилмонофосфата,
• восстановления белка тиоредоксина при синтезе дезоксирибонуклеотидов,
• для активации «пищевого» витамина К или восстановления тиоредоксина после реактивации витамина К.

Гиповитаминоз B3

Причина

Пищевая недостаточность ниацина и триптофана. Синдром Хартнупа.

Клиническая картина

Проявляется заболеванием пеллагра (итал.: pelle agra – шершавая кожа) как синдром трех Д:

• дерматиты (фотодерматиты),
• диарея (слабость, расстройство пищеварения, потеря аппетита).
• деменция (нервные и психические расстройства, слабоумие),

При отсутствии лечения заболевание кончается летально. У детей при гиповитаминозе наблюдается замедление роста, похудание, анемия.

Антивитамины

Производное изоникотиновой кислоты изониазид, используемый для лечения туберкулеза. Механизм действия точно не выяснен, но по одной из гипотез – замена никотиновой кислоты в реакциях синтеза никотинамидаденин-динуклеотида (изо-НАД вместо НАД). В результате нарушается протекание окислительно-восстановительных реакций и подавляется синтез миколевой кислоты, структурного элемента клеточной стенки микобактерий туберкулеза.

Источник

Витамин С (аскорбиновая кислота, антицинготный)

Источники

Свежие овощи и фрукты (по убыванию количества): шиповник, смородина, клюква, брусника, перец сладкий, укроп, капуста, земляника, клубника, апельсины, лимоны, малина.

Суточная потребность

• младенцы – 30-35 мг,
• дети от 1 до 10 лет – 35-50 мг
• подростки и взрослые – 50-100 мг.

Строение

Витамин является производным глюкозы. Его синтез осуществляют все организмы, кроме приматов и морских свинок.

Строение
аскорбиновой кислоты

Биохимические функции

Витамин С не является коферментом в привычном понимании. Он используется как донор электронов, например, для восстановления ионов металлов (железо, медь), входящих в состав активного центра оксидоредуктаз, после осуществления ферментом своей реакции.

Окисление аскорбиновой кислоты в биохимической реакции

1. Реакции гидроксилирования :

Пример реакции с участием аскорбиновой кислоты

• при синтезе биогенного амина нейромедиатора серотонина,
• при синтезе карнитина (витаминоподобное вещество В_т), необходимого для окисления жирных кислот.

2. Восстановление неорганического иона железа Fe 3+ в ион Fe 2+ в кишечнике для улучшения всасывания и в крови (высвобождение из связи с трансферрином).

3. Участие в иммунных реакциях :

• повышает продукцию защитных белков нейтрофилов,
• высокие дозы витамина стимулируют бактерицидную активность и миграцию нейтрофилов.

4. Антиоксидантная роль сводится к:

• восстановлению окисленного витамина Е,
• лимитирование свободнорадикальных реакций благодаря взаимодействию с супероксид-анион-радикалом, гидроксил-радикалом, синглетным кислородом,
• снижает окисление липопротеинов в плазме крови и, таким образом, оказывает антиатерогенный эффект.

Гиповитаминоз С

Причина

Пищевая недостаточность, тепловая обработка пищи (потери от 50 до 80%), длительное хранение продуктов (каждые 2-3 месяца количество витамина сокращается наполовину).

В весенне-зимний период дефицит витамина захватывает, в зависимости от региона, 25-75% населения России.

Клиническая картина

Так как особенно интенсивно аскорбиновая кислота накапливается в надпочечниках и тимусе, то ряд симптомов связана со сниженной функцией этих органов. Отмечается нарушение иммунитета , особенно легочного, развивается общая слабость, быстрая утомляемость, похудание, одышка, боли в сердце, отек нижних конечностей. У мужчин происходит слипание сперматозоидов и возникает бесплодие .

Снижается всасываемость железа в кишечнике, что вызывает снижение синтеза гема и гемоглобина и железодефицитную анемию . Уменьшается активность фолиевой кислоты – это приводит к мегалобластической анемии .

У детей дефицит аскорбиновой кислоты приводит к болезни Меллера-Барлоу , проявляющуюся в поражении костей: разрастание и минерализация хряща, торможение рассасывания хряща, корытовидное западение грудины, искривление длинных трубчатых костей ног, выступающие четкообразные концы ребер. Цинготные четки, в отличие от рахитических, болезненны.

Полное отсутствие витамина приводит к цинге – самому известному проявлению недостаточности аскорбиновой кислоты. При этом наблюдается нарушение синтеза коллагена, гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, что приводит к поражению соединительной ткани, ломкости и проницаемости капилляров и к ухудшению заживления ран. Сопровождается дегенерацией одонтобластов и остеобластов, ухудшается состояние зубов.

Все животные способны синтезировать витамин С самостоятельно, только приматы и морские свинки утратили эту способность и должны получать аскорбиновую кислоту с пищей.

Лекарственные формы

Аскорбиновая кислота чистая или с глюкозой. Аскорутин (в комплексе с биофлавоноидом рутином).

Источник

3.3. Биохимия витаминов

Витамины — это минорные компоненты пищи, которые выполняют регуляторную роль в обмене веществ. Термин витамины возник в связи с тем, что первый витамин, открытый К.Функом в 1911 году содержал аминогруппу и предотвращал развитие полиневрита.

3.3.1. Номенклатура витаминов

Каждый витамин имеет три вида названий:

буквы латинского алфавита;

название, отражающее химическую природу витамина (например, ретинол – спирт);

название, образующееся путём сочетания приставки анти с названием заболевания, возникающего при отсутствии витамина (например, антирахитический, антианемический витамины).

3.3.2. Классификация витаминов

По растворимости витамины делятся на две группы:

— водорастворимые (С, В, Н, РР)

— жирорастворимые (А, Д, Е, К).

Иногда выделяют витаминоподобные вещества, например инозит, пангамовая кислота.

3.3.3. Биологическая роль витаминов

Коферментная: витамин РР (противопеллагрический) входит в состав кофермента НАД, витамин В₂ (рибофлавин) – в состав кофермента ФАД.

Являются аллостерическими активаторами (регуляторами) многих ферментов.

Некоторые витамины входят в состав более сложных белков, например витамин А (антиксерофтальмический) входит в состав родопсина сетчатки.

Антирадикальная (антиоксидантная) функция. Витамины блокируют свободные радикалы, в том числе, радикалы кислорода. Данная функция наиболее характерна для витаминов Е, А, С.

3.3.4. Обмен витаминов

Всасывание. Для некоторых витаминов имеются специальные белки-переносчики, во всасывании жирорастворимых витаминов принимают участие жёлчные кислоты.

Транспорт витаминов. Для жирорастворимых витаминов необходимы транспортные белки (например, ретинолсвязывающий белок для витамина А).

В тканях витамины встраиваются в состав коферментов.

Инактивация витаминов происходит в печени.

Продукты распада витаминов выводятся через почки. По их концентрации в моче судят об обмене витаминов в организме.

В обмене витаминов возможны нарушения:

— авитаминозы – патологические состояния, развивающиеся при отсутствии витаминов в пище и при нарушении их усвоения и обменных превращений;

— гипервитаминозы – патологические состояния вследствие избыточного поступления в организм;

— гиповитаминозы – патологические состояния, возникающие при недостаточном поступлении или частичном нарушении обмена витаминов, а также при повышенной потребности в них (беременность, ранний детский возраст, работа в жарких цехах и др.)

Различают экзогенные и эндогенные причины гиповитаминозов. Экзогенные (алиментарные) гиповитаминозы лечат путём назначения витаминных препаратов и продуктов, богатых недостающим витамином.

К эндогенным причинам относятся нарушение всасывания при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, заболевания печени и жёлчевыводящих путей, дисбактероиозы, гельминтозы. Эндогенные гиповитаминозы лечат путём инъекций витаминов, минуя желудочно-кишечный тракт.

В детском возрасте могут встречаться особые витаминорезистентные состояния, при которых нарушено включение витаминов в состав коферментов. Эти состояния корректируют назначением готовых коферментных форм витаминов.

3.3.5. Краткая характеристика некоторых витаминов

Витамин А, ретинол, антиксерофтальмический витамин (препятствующий сухости глаз). По химической природе является циклическим ненасыщенным спиртом. Распространён в продуктах животного происхождения: желток, сливочное масло, печень. Растительные продукты (морковь, красный перец) содержат провитамин каротин. Суточная потребность до 5 мг.

— участвует в синтезе зрительного пигмента родопсина;

— стимулирует рост и развитие эпителия, костной, хрящевой ткани способствуя синтезу в них нуклеиновых кислот, сложных углеводов (гликозаминогликанов);

— является инактиватором радикальных форм кислорода.

Авитаминоз проявляется нарушением сумеречного зрения (куриная слепота). Развивается сухость роговицы глаза (ксерофтальмия) в результате ороговевания эпителия слёзной железы, закупорки её протока и прекращения слезоотделения. Страдают эпителиальные ткани дыхательных путей, мочевыводящих путей (дерматиты, бронхиты, пиелиты), нарушается репродуктивная функция. Возможен и гипервитаминоз А при использовании большого количества продуктов, содержащих этот витамин.

Витамин РР, никотиновая кислота, противопеллагрический витамин. Содержится в злаках, дрожжах. Суточная потребность в нём составляет до 10 мг.

Биологическая роль: входит в состав коферментов НАД и НАДФ, участвует в процессах биологического окисления. Авитаминоз проявляется заболеванием пеллагра (шершавая кожа). К её симптомам относятся дерматит, слабоумие (деменция), расстройства функций кишечника (диарея) — болезнь «трёх Д».

Витамин В_2, рибофлавин, витамин роста. Он включает флавин и рибитол, распространён в оболочке злаков, в дрожжах. Суточная потребность 1-2 мг. Биологическая роль: входит в состав коферментов ФМН и ФАД, участвует в биологическом окислении. Авитаминоз проявляется в виде дерматита, катаракты, анемии, поражении сердечной мышцы

Липоевая кислота – витаминоподобное вещество, представляет собой восьмиуглеродную жирную кислоту с двумя SH — группами. Биологическая роль: является коферментом окислительного декарбоксилирования α-кетокислот.

Пантотеновая кислота является витамином, который, в свою очередь, включает β-аланин и производное масляной кислоты. Она распространена в животных и растительных продуктах. Суточная потребность до 10 мг. Биологическая роль: входит в состав HS- КоА, участвует в окислительном декарбоксилировании α-кетокислот, в активации жирных кислот. Авитаминоз проявляется дерматитом, депигментацией волос, поражением нервной системы.

Витамин В_1, тиаминдифосфат, антиневритный витамин включает в свой состав пиримидиновое кольцо, содержит аминогруппу. Суточная потребность 2 мг, содержится в злаках, дрожжах. Биологическая роль: входит в состав кофермента тиаминдифосфата (ТДФ) и участвует в окислительном декарбоксилировании α -кетокислот, является коферментом транскетолазы при окислении глюкозы по пентозофосфатному пути. Авитаминоз проявляется полиневритами (болезнь бери-бери).

Источник