Строение витаминов их физико химические свойства

Химическая структура витаминов. Физические, химические и биологические свойства

ВИТАМИНЫ

Витамины – органические вещества различной химической природы, не образующиеся в достаточном количестве клетками человеческого организма, но необходимые для его нормальной жизнедеятельности. Витамины проявляют биологическую активность в очень малых концентрациях. Они выполняют функции регуляторов обмена веществ. Большинство витаминов входит в состав ферментов, являясь их коферментами.

Приоритет открытия витаминов принадлежит русскому врачу Николаю Ивановичу Лунину. В 1880 г. Н.И. Лунин писал, что в пище, кроме «казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания».

Термин «витамины» был предложен польским ученым Казимиром Функом в 1912 году от лат. «vita» — «жизнь», т.е. дословно термин означает «амины жизни». Поскольку первое выделенное в кристаллическом виде вещество, а это был тиамин (B₁) из отрубей риса, содержало азот, то К. Функ предполагал, что наличие азота характерно для всех витаминов. Термин «витамины» не точен, но сохранился до настоящего времени.

Классификация витаминов и витаминосодержащего лекарственного растительного сырья

Существует несколько классификаций витаминов.

1. Буквенная классификация— первая в историческом плане. При обнаружении новых факторов витаминной природы им присваивали условные названия в виде буквы латинского алфавита. Например: витамины A, B, C, D и др.

2. Фармакологическая классификация.Эта классификация вводилась параллельно с буквенной и указывала на заболевание, от которого предохраняет витамин:

· витамин С — противоцинготный;

· витамин К — антигеморрагический;

· витамин D — антирахитический и др.

3. Химическая классификация.В зависимости от химической структуры выделены группы:

· витамины алифатического ряда — С, F и др.;

· витамины алициклического ряда — A, D и др.;

· витамины ароматического ряда — К и др.;

· витамины гетероциклического ряда — Е, Р и др.

4. Классификация по растворимости витаминов:

· водорастворимые витамины – группы В, С, Р, Н, РР;

· жирорастворимые витамины — A, D, Е, К, F, U.

Витамины содержатся во всех растениях, но витаминосодержащими называют только те растения, которые избирательно накапливают витамины в дозах, способных оказать выраженный фармакологический эффект. Это в 500-1000 раз больше, чем в других растениях.

В настоящее время практически все витамины получают синтетическим путем. Однако витаминосодержащие лекарственные растения не утратили своего значения. Они широко используются, особенно в педиатрии, в гериатрии и для лечения лиц, склонных к аллергическим заболеваниям, поскольку:

· во-первых, витамины в лекарственном растительном сырье находятся в комплексе с полисахаридами, сапонинами, флавоноидами, поэтому такие витамины легче усваиваются;

· во-вторых, растительные витамины реже дают аллергические реакции, чем их синтетические аналоги;

· в-третьих, в организме человека есть специальные системы защиты от передозировки витаминов (например, каротин в организме человека превращается в витамин А по мере необходимости).

Лекарственное растительное сырье, содержащее витамины

1. Концентраторы витамина С: плоды черной смородины, плоды шиповника, плоды рябины, плоды малины, листья крапивы, плоды и листья земляники.

2. Концентраторы и источники витамина Р: бутоны и плоды софоры японской, плоды аронии (рябины) черноплодной, плоды черной смородины, кожура плодов цитрусовых, листья чая.

3. Концентраторы каротиноидов (провитаминов А): плоды шиповника, плоды облепихи, плоды рябины, цветки календулы, трава череды, трава сушеницы топяной.

4. Концентраторы витамина К: листья крапивы, трава пастушьей сумки, трава тысячелистника, цветки и листья зайцегуба, кора калины, кукурузные рыльца.

5. Концентраторы витамина Е: плоды облепихи, облепиховое масло, масло шиповника, кукурузное масло, льняное масло, семена тыквы.

6. Концентраторы витамина F: масло кукурузное, масло подсолнечное и другие растительные жирные масла.

В лекарственном растительном сырье довольно часто встречаются витамины группы В: В₂ — рибофлавин, В₅ — пантотеновая кислота, В₉ — фолиевая кислота, провитамин витаминов группы D — эргостерол и другие фитостеролы.

В высоких концентрациях способны накапливаться только кислота аскорбиновая (витамин С), каротиноиды (провитамин А), витамин К₁ (филлохинон) и некоторые флавоноиды (рутин, кверцетин и др.), относимые к витамину Р.

Химическая структура витаминов. Физические, химические и биологические свойства

Витамин С– аскорбиновая кислота.

Существует в двух формах — аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот. Обе формы легко переходят друг в друга при соответствующих условиях, обе формы одинаково фармакологически активны. Аскорбиновая кислота – белый кристаллический порошок, кислого вкуса. Легко растворяется в воде и спирте, не растворяется в органических растворителях: эфире, хлороформе, бензоле. Аскорбиновая кислота – нестойкое вещество. В водных растворах она легко разрушается под действием кислорода воздуха, света; следы железа и меди ускоряют процесс разрушения (окисления).

Аскорбиновая кислота участвует в окислительно-восстановительных реакциях, в том числе в липидном и пигментном обмене, активирует протромбин, обладает десенсибилизирующем действием, поднимает жизненный тонус организма и повышает сопротивляемость к экстремальным воздействиям. Недостаток витамина С вызывает цингу, или скорбут (рыхлость десен, выпадение зубов, кровоизлияния).

Витамин Р – полифенольные гетероциклические соединения группы флавоноидов.

Физические и химические свойства описаны в разделе «Флавоноиды».

Укрепляют стенки кровеносных сосудов и капилляров.

Каротиноиды – предшественники (провитамины) витамина А – жирорастворимые растительные пигменты желтого, оранжевого или красного цвета. По своей химической природе являются тетратерпеноидами с общей формулой [(С₅H₈)₂]₄, или С₄₀Н₆₄ (см. раздел «Терпеноиды»).

В растениях каротиноиды находятся в виде ненасыщенных углеводородов – каротинов — и кислородсодержащих производных – ксантофиллов. Представлены приблизительно 70 соединениями, но провитаминами А являются 9 веществ. Каротиноиды играют важную роль в процессах фотосинтеза, дыхания, участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, оплодотворении. Каротиноиды синтезируются высшими растениями, грибами и бактериями. Животные не способны их синтезировать.

Широко распространены в растениях альфа-, бета- и гамма-каротины, ликопин, зеаксантин, виолаксантин и др. Наибольшую биологическую активность проявляет бета-каротин, в результате окислительно-гидролитического расщепления которого в тканях животных и человека образуется две молекулы витамина А, из остальных – одна молекула.

Каротиноиды нерастворимы в воде, растворимы в жирных маслах, хлороформе, эфире, ацетоне, бензине и трудно растворимы в спирте. Легко окисляются кислородом воздуха, разрушаются на свету.

Витамин А (ретинол) способствует нормализации обмена веществ, росту и развитию организма, регенерации тканей, обеспечивает нормальную деятельность органов зрения. Недостаток вызывает ухудшение сумеречного зрения («куриную слепоту»), сухость роговицы, поражение слизистых.

Источниками промышленного получения бета-каротина служат свежие корнеплоды моркови посевной и свежая мякоть плодов различных сортов тыквы.

Витамины группы К — производные 2-метил-1,4-нафтохинона. В природе данные витамины представлены несколькими соединениями, в высших растениях находится только витамин К₁, или филлохинон.

Витамин К₁ (филлохинон)

Длинная боковая изопреноидная цепь витамина K₁ является остатком дитерпенового алифатического спирта фитола (см. раздел «Терпеноиды»).

Витамин K₁ — филлохинон — вязкое маслообразное вещество желтого цвета. Нерастворим в воде, растворим в жирных маслах и органических растворителях. Стоек при длительном кипячении с водой, но быстро разрушается при нагревании в растворах щелочей. Флуоресцирует в УФ-свете красным светом, затем флуоресценция становится зеленой, а под действием спиртового раствора калия гидроксида — оранжевой. Витамин K₁ легко окисляется, быстро разрушается под действием УФ-лучей.

Витамины группы К участвуют в свертывании крови, индуцируя образование протромбина (антигеморрагический фактор). Недостаток вызывает замедление свертывания крови и кровоизлияния.

Витамины группы Е— производные хромана. Витамины Е — смесь высокомолекулярных спиртов – токоферолов. Наиболее активен бета-токоферол.

Токоферолы не растворяются в воде, растворимы в жирных маслах и органических растворителях. Соединения нестойкие, легко разрушаются под действием света и кислорода воздуха.

Витамины группы Е являются природными антиоксидантами, участвуют в биосинтезе белков, тканевом дыхании, процессах размножения, влияют на состояние сердечно-сосудистой и нервной систем.

Витамины группы F— высоконепредельные жирные кислоты с 18-20 углеродными атомами: линолевая – С₁₇Н₃₁СООН, линоленовая — С₁₇Н₂₉СООН, арахидоновая — С₁₉Н₃₁СООН — кислоты.

Физические и химические свойства описаны в разделе «Жирные масла». Участвуют в липидном обмене, препятствуют отложению холестерина на стенках кровеносных сосудов. Из витаминов F в тканях образуются простагландины.

Витамины, в целом, участвуют в окислительно-восстановительных процессах в организме. Многие из них (витамины С, Р, К, Е, каротиноиды) являются природными антиоксидантами. Они защищают клеточные и субклеточные мембраны от повреждения активными свободными радикалами, нейтрализуя активные свободные радикалы путем связывания их непарных электронов.

Источник

Тема 2. Витамины. Лекция 2

Вопрос 1.Витамины. Общая характеристика. Классификация.

Вопрос 2.Водорастворимые витамины: строение, биологическая активность, свойства, методы получения.

Вопрос 3.Жирорастворимые витамины: строение, биологическая активность, свойства, методы получения.

Вопрос 4. Методы определения витаминов.

Вопрос 1.Витамины – это низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, являющиеся биорегуляторами процессов, протекающих в живом организме. В связи с отсутствием механизмов биосинтеза витаминов в организме или их ограниченностью (малая скорость) они должны ежедневно поступать с пищей в малых количествах от нескольких мкг до нескольких мг в сутки (за исключением витамина Д, который может синтезироваться в коже человека под действием УФ-лучей). В отличие от других незаменимых факторов питания витамины не являются пластическим материалом (не включатся в структуру тканей) и источником энергии, а исключительно используются организмом в основном в обмене веществ как биокатализаторы (почти все водорастворимые витамины, а также жирорастворимый витамин К, являются кофакторами или коферментами биологических катализаторов – ферментов). Стоит отметить, что для разного рода живых существ одно и то же вещество может либо являться, либо не являться витамином. Например, аскорбиновая кислота является витамином для человека, а вот крысы или собаки не нуждаются в ней, поскольку она может синтезироваться в их организмах.

Исторический очерк. Людям еще с глубокой древности было известно, что отсутствие некоторых продуктов питания в пищевом рационе может быть причиной заболевания (бери-бери, куриная слепота, цинга, рахит). Но только в 1880 году русским ученым Николаем Ивановичем Луниным была экспериментально доказана в опытах на мышах необходимость неизвестных компонентов пищи (то есть не только белков, углеводов, жиров и минеральных веществ) для нормального функционирования организма. Название же витамины получили по предложению польского биохимика К.Функа. В 1912 году он выделил из рисовых отрубей вещество (витамин В₁), предохраняющее от заболевания бери-бери и назвал его витамин от слов Vita — жизнь (лат.) и амин, поскольку соединение содержало аминогруппу.

Классификация.Основана на их растворимости в воде или неполярных органических растворителях, либо химическом строении.

Согласно первой различают:

— водорастворимые – витамины группы В, Н, С, РР;

— жирораствоимые – витамины А, Д, Е и К.

По своей химической структуре витамины многообразны и являются производными ненасыщенных γ-лактонов, β-аминокислот, амидов кислот, циклогексана, нафтохинона, имидазола, пиридина, пиримидина, пиролла, бензопирана, тиазола, изоаллоксазила и других циклических систем. Согласно химической классификации витамины делят на:

— витамины алифатического ряда – С, В₃;

— витамины алициклического ряда – А и Д;

— витамины ароматического ряда – К;

Помимо витаминов различают также витаминоподобные соединения — группу разнообразных химических веществ, частично синтезируемых организмом и обладающих свойствами витаминов. К ним относят холин (витамин В₄), липоевая кислота, пангамовая кислота (витамин В₁₅), оротовая кислота (витамин В₁₃), инозит (витамин Н₃), убихинон, парааминобензойная кислота (витамин Н₁), карнитин, линолевая и линоленовая кислоты, витамин U, биофлавоноиды (витамин Р) и пр.

В отдельных продуктах содержаться провитамины – соединения способные превращаться в организме человека в витамины (каротиноиды, стерины, производные нафтохинона, никотиновая кислота).

Обеспечение организма витаминами. При нормальном питании суточная потребность организма в витаминах удовлетворяется полностью. Недостаточное или неполноценное питание (например, несбалансированная диета у пожилых людей, недостаточное питание у алкоголиков, потребление полуфабрикатов) или нарушение процессов усвоения и использования витаминов могут быть причиной различных форм витаминной недостаточности, вплоть до авитаминоза. Важная роль в обеспечении организма рядом витаминов (К, B₁₂, H) принадлежит микрофлоре пищеварительного тракта. Поэтому дефицит витаминов может возникать вследствие медикаментозного лечения с использованием антибиотиков.

Только немногие из витаминов, такие, как A, D, Е, В₁₂, могут накапливаться в организме. Поэтому витаминная недостаточность быстро влечет за собой болезни витаминодефицита, затрагивающие состояние кожи, клетки крови и нервную систему организма. Витаминная недостаточность излечивается посредством полноценного питания или с помощью витаминных препаратов. Явление гипервитаминоза касается лишь витаминов А и D. Избыточное количество большинства других витаминов быстро выводится из организма с мочой.

Витаминная недостаточность возникает также тогда, когда в пищевых продуктах содержатся вещества, подавляющие активность витаминов – антивитамины. По механизму их делят на три группы:

— структурные аналоги витаминов;

— ферменты, разрушающие витамины;

— соединения, дающие прочные комплексы с витаминами.

Вопрос 2.

Витамины группы В:

Витамин В₁ – тиамин – является производным пиримидина и тиазола.

Витамин В₂ — рибофлавин —состоит из флавинового красящего вещества люминохрома и спирта рибитола

Витамин В₃ – пантотеновая кислота-состоит β–аланина и пантоевой кислоты.

ВИТАМИН В₉ – ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА — ФОЛАЦИН

ВИТАМИН В₁₂ – ЦИАНКОБАЛАМИН

ВИТАМИН С – АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА — является γ-лактоном, близким пос троению к глюкозе. Биологически активна только L-аскорбиновая кислота, которая образует редокс-пару с дегидроаскорбиновой кислотой.

Источник