Витамины со стороны химии
Витамиины — это группа низкомолекулярных органических соединений достаточно простого строения и разнообразной химической природы.
По химической природе витамины представляет собой сборную группу органических веществ, которые объединяются по признаку абсолютной необходимости их в качестве составной части пищи.
Витамины содержатся в пищевых продуктах в очень малых количествах и относятся к микронутриентам.
Не относят к витаминам микроэлементы, незаменимые аминокислоты и незаменимые жиры.
Из-за отсутствия точного определения к витаминам в разное время причислялись различные вещества.
В настоящее время известно 13 витаминов
Уже более века ученые всего мира стараются решить вопрос сохранения макро- и микроэлементов в переработанных продуктах питания.
Фактически, усилия по решению этой самой проблемы в начале 1900-х годов, привели к разработке современных популярных биологически активных добавок к пище – поливитаминов и минеральных добавок.
Но до того, естественно, необходимо было обнаружить вещества, которые теперь мы называем витаминами.
В начале 20 века в продуктах питания были выявлены лишь макроэлементы – белки, жиры и углеводы.
Основной причиной различных заболеваний считались плохое санитарное состояние и отсутствие достаточных гигиенических навыков.
Именно поэтому в отношении отдельных пищевых продуктов применялись методы обработки, включающие в себя обработку стерилизующими растворами для избавления от бактерий и плесени, а также полировку зерна и лущение (обдирка) – удаление наружных оболочек зерна. Таким образом добивались продления сроков годности отдельных видов пищевой продукции, однако при этом не учитывались отрицательные последствия, о которых просто не знали в то время.
Так, полировка и лущение зерна уничтожали витамин В и приводили к повышению заболеваемости такими тяжелыми болезнями, как пеллагра (заболевание, связанное с дефицитом ниацина) и бери-бери (болезнь, связанная с дефицитом витамина B1/тиамина).
В результате стерилизации разрушался витамин С, содержащийся в молоке, что привело к повышению заболеваемости цингой среди детей в богатых семьях.
Следует отметить, что такие проблемы возникали в группах достаточно обеспеченных людей, имеющих доступ к «лучшей, более качественной и безопасной», как они думали, пище.
Открытие витаминов
Конечно, такие изменения в структуре заболеваемости не могли не привлечь внимание ученых.
В результате многочисленных исследований в пище стали обнаруживаться не только уже известные три основных элемента – жиры, белки и углеводы — но и другие вещества. Такие вещества, имеющие существенное значение для здоровья человека, стали называть «вспомогательными веществами».
Так, в 1905 году англичанин Уильям Флетчер, исследуя причины возникновения болезни бери-бери, сделал открытие, что употребление неочищенного риса препятствует развитию данного заболевания.
У. Флетчер предположил, что в процессе полировки риса были удалены особые питательные вещества, содержащиеся в лузге риса, которые могут предотвратить бери-бери.
В 1906 году английский биохимик сэр Фредерик Гоуленд Хопкинс также обнаружил, что определенные факторы питания (белки, углеводы, жиры и минералы) имеют важное значение для роста и развития человека. Его работа была удостоена вместе с Кристианом Эйкманом Нобелевской премии в 1929 году.
В 1912 году в научной статье Казимир Фанк впервые употребил придуманный им термин «витамин», соединив два слова: «вита» — жизнь и «амин» — соединение, найденное в тиаминах, которые он сумел извлечь из рисовой шелухи.
Вместе Фредерик Гоуленд Хопкинс и Казимир Фанк сформулировали гипотезу о витальной недостаточности, в соответствии с которой недостаток витаминов может вызвать различные заболевания.
Первые витамины
Открытие витаминов породило новое направление в фармацевтической индустрии – производство витаминных продуктов, которые обычно содержали витамин B из дрожжевых культур (в тот момент отдельные витамины группы В еще не были идентифицированы), концентраты железа и другие ингредиенты.
Чрезвычайно популярны были таблетки Vitamon, содержащие витамины A, B и C, железо, кальций, и Nux vomica, гомеопатическое средство от изжоги. На этикетке данного средства была представлена следующая информация: «Этот препарат содержит витамины вместе с другими ингредиентами, которые помогут улучшить аппетит, пищеварение, очистят кожу от прыщей и фурункулов, предотвратят нервное и физическое истощение, очистят организм, повысят энергию и помогут в наборе веса при недоедании».
Медицинское сообщество крайне скептически относилось к таким заявлениям, считая, что такая информация о свойствах поливитаминов вводит потребителя в заблуждение.
Несмотря на критику, в 1922 году в медицинском журнале появилась статья, рекламирующая поливитамин Metagen, произведенный ведущей фармацевтической компанией «Parke, Davis & Co.» (теперь входит в состав фармацевтической компании Pfizer, США).
Продукт Metagen содержал витамины А, В и С и, согласно обзору журнала «Американский семейный врач», положительно влиял на здоровье всей семьи, включая младенцев и людей с серьезными заболеваниями.
Примерно в то же время Американская медицинская ассоциация одобрила витаминный препарат Oscodal, созданный К. Фанком. Человек, открывший витамины, изобрел процесс получения витаминов А и Д из рыбьего жира.
В 30-е годы были обнаружены новые витамины, а также началась разработка новые поливитаминных продуктов.
Изначально витаминные ингредиенты извлекались из пищевых продуктов, однако уже в конце 30-х годов были разработаны методы синтеза их в лаборатории, что привело к сокращению затрат и созданию условий для более широкого использования витаминов.
В 1941 году в США была организована Национальная конференция по вопросам питания для обороны, результатом которой стал первый список рекомендованных правительством микроэлементов (RDA), включающий в себя 6 витаминов и 2 минеральных вещества.
Разнообразие поливитаминов в наше время
С течением времени в состав поливитаминов включались все новые и новые микроэлементы, были разработаны строгие правила, регламентирующие качество и безопасность таких продуктов.
Сегодня у нас есть огромное количество разнообразных поливитаминов: из натуральных ингредиентов и синтетические, из растительного и животного сырья, не содержащие ГМО, сои и глютена и прочие.
Поливитамины теперь разделяются не только по возрастным группам, начиная от младенческого возраста, но также существуют поливитамины для разных этапов жизни (беременность, менопауза и др.), при различных патологических состояниях и заболеваниях.
Формы выпуска поливитаминов также разнообразны: таблетки, капсулы, порошки, жидкости, сиропы и пр.
У нас больше нет проблем?
Несмотря на более чем столетние исследования и инновации население планеты продолжает страдать от несбалансированного рациона и дефицита макро- и микронутриентов.
И хотя в настоящее время дефицит может быть недостаточно серьезным, чтобы проявляться в виде таких тяжелых заболеваний как бери-бери или пеллагра, он все равно влияет на наше здоровье.
К сожалению, большинство людей просто не получают в достаточном количестве питательные вещества, в которых они нуждаются, даже если они считают, что придерживаются здорового питания.
В 2016 году было проведено исследование, в котором участвовало более 10000 человек, продемонстрировавшее, что люди, принимающие поливитамины, имеют значительно меньший дефицит витаминов и минералов, чем люди, придерживающиеся обычного питания, без применения БАД к пище.
Люди, принимающие поливитамины и минеральные добавки не менее 25 дней в месяц
Источник
ВИТАМИНЫ
ВИТАМИНЫ (лат. vita жизнь + амин[ы]) — пищевые вещества, необходимые для поддержания жизненных функций. По строению являются низкомолекулярными соединениями различной хим. природы. Организм человека и животных не синтезирует В. или синтезирует в недостаточном количестве и поэтому должен получать их в готовом виде. В. требуются организму от нескольких микрограммов до нескольких миллиграммов в день (см. табл.). В отличие от других незаменимых факторов питания (незаменимые аминокислоты, ненасыщенные жирные кислоты и др.), В. не являются пластическим материалом или источником энергии и участвуют в обмене веществ преимущественно не как субстраты биохим, реакций, а как участники механизмов биокатализа и регуляции отдельных биохим, и физиол, процессов.
Недостаток В. в пище или изменение процессов их усвоения приводит к нарушениям обмена веществ и в конечном счете к развитию гипо- и авитаминозов (см. Витаминная недостаточность).
Открытие В. тесно связано с изучением роли отдельных пищевых веществ в обеспечении полноценного питания. Во второй половине 19 в. считалось, что для нормального функционирования организма достаточно определенного содержания в пище белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды.
В 1880 г. русский исследователь Н. И. Лунин установил, что в пищевых продуктах имеются еще неизвестные факторы питания, необходимые для жизни. Он показал, что белые мыши, получавшие цельное молоко, росли хорошо и были здоровы, но погибали, когда их кормили смесью из основных составных частей молока: казеина, жира, молочного сахара, солей и воды. Выводы Н. И. Лунина были в дальнейшем подтверждены С. А. Сосиным (1891), а в 1906 — 1912 гг. Ф. Гопкинсом.
В 1897 г. голл. врач Эйкман (Ch. Eijkman) установил, что у кур, получавших в пищу полированный рис, развивалось сходное с бери-бери заболевание, однако они выздоравливали после того, как им давались рисовые отруби.
По предложению польского ученого К. Функа (1911 — 1912), работавшего над выделением активного начала рисовых отрубей и обнаружившего наличие в них аминогруппы, все вещества подобного рода стали называть витаминами («жизненными аминами»).
Известно около двух десятков веществ, которые могут быть отнесены к В. Принято различать водорастворимые и жирорастворимые В. К первым относятся аскорбиновая к-та (витамин С), а также витамины группы В.: тиамин (витамин B1), рибофлавин (витамин В2), пиридоксин (витамин B6), кобаламины (витамин B12), ниацин (витамин PP, никотиновая к-та), фолацин (фолиевая к-та), пантотеновая к-та и биотин. К жирорастворимым В. относят ретинол (витамин А), кальциферолы (витамин D), токоферолы (витамин Е) и филлохиноны (витамин К). Наряду с В., необходимость которых для человека и животных бесспорно установлена, а дефицит приводит к явлениям витаминной недостаточности, имеются и другие биологически активные вещества, функции которых носят не столь специфический характер. Эти вещества могут быть причислены к витаминоподобным соединениям. К ним обычно относят биофлавоноиды, холин, инозит, липоевую, оротовую, пангамовую и парааминобензойную кислоты. Парааминобензойная к-та является фактором роста для некоторых микроорганизмов, синтезирующих из нее фолиевую к-ту. Для человека и животных парааминобензойная к-та биологически неактивна, т. к. они не способны превращать ее в фолиевую к-ту.
Целый ряд В. представлен не одним, а несколькими соединениями, обладающими сходной биол, активностью. Примером может служить группа витамина B6, включающая пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин. Для обозначения подобных групп родственных соединений в соответствии с рекомендациями Международного союза специалистов по питанию (1969) используются буквенные обозначения (витамины A, D и т. п.). Для обозначения индивидуальных соединений, обладающих витаминной активностью, рекомендуется давать рациональные названия, отражающие их хим. сущность, напр, ретиналь (альдегидная форма витамина А), эргокальциферол и холекальциферол (формы витамина D). Хим. строение известных В. полностью установлено, большинство из них получено путем хим. синтеза. Химический, а также микробиол, синтез является основой современного промышленного производства большинства В.
Кроме В., известны провитамины— соединения, которые, не являясь витаминами, могут служить предшественниками их образования в организме. К ним относятся каротины, расщепляющиеся в организме с образованием ретинола (витамина А), некоторые стерины (эргостерин, 7-дегидрохоле стерин и др.), превращающиеся в витамин D.
Некоторые производные В. с замещенными функциональными группами оказывают на организм противоположное по сравнению с В. действие, т. е. являются антивитаминами. Проникая в клетки, эти вещества вступают в конкурентные отношения с В., в частности при биосинтезе коферментов и образовании активных ферментов. Заняв место В. в структуре фермента, антивитамины вследствие различий в строении не могут выполнять их функции. К антивитаминам относят также вещества, связывающие или разрушающие В. (см. Авидин, Тиаминаза). Ряд антивитаминов обладает антимикробной активностью и применяется в качестве химиотерапевтических средств, как, напр., сульфаниламидные препараты.
Специфическая функция витаминов группы В в организме состоит в том, что из них образуются коферменты (см.) и простетические группы ферментов, осуществляющие многие важнейшие реакции обмена веществ. Так, тиамин (витамин В1) превращается в организме в тиамин-дифосфат (кокарбоксилаза), являющийся коферментом энзиматических систем, осуществляющих окислительное декарбоксилирование α-кетокислот.
Связанные с различными В. ферменты принимают участие в осуществлении многих важнейших процессов обмена веществ: энергетическом обмене (витамины B1 и B2), биосинтезе и превращениях аминокислот (витамины B6 и B12), жирных кислот (пантотеновая к-та), пуриновых и пиримидиновых оснований (фолиевая к-та), образовании многих физиологически важных соединений (ацетилхолина, стероидов) и др. Коферменты и простетические группы, а тем более соответствующие В., сами по себе каталитической активностью не обладают и приобретают ее лишь при взаимодействии со специфическими белками — апоферментами.
Введение В., в т. ч. в повышенных дозах, не может нормализовать скорость связанной с ним биохимической реакции, если она снижена не из-за недостатка этого В., а в силу каких-либо иных нарушений. С этой точки зрения использование В. в мед. практике в дозировках, значительно превышающих физиол, потребность, не всегда может быть оправдано, а в ряде случаев и небезопасно, поскольку оно может вести к нарушению обмена веществ и гипервитаминозам (см.).
В отличие от витаминов группы В, жирорастворимые витамины ретинол, кальциферолы, токоферолы и филлохиноны, а также аскорбиновая к-та не являются предшественниками коферментов или простетических групп. Функции этих В. различны и связаны с осуществлением процессов фоторецепции (витамин А), свертывания крови (витамин К), всасывания кальция (витамин D).
Необходимым условием реализации специфических функций В. в обмене веществ является нормальное осуществление их собственного обмена: всасывания в кишечнике, транспорта в ткани, превращения в активные формы. Всасывание и перенос В. кровью осуществляются, как правило, с помощью специальных транспортных белков (ретиносвязывающий белок для ретинола, транскобаламины I и II для витамина B12 и т. д.). Превращение В. в активные формы, в частности в коферменты и простетические группы, а также присоединение этих простетических групп к апоферментам осуществляются с помощью специфических ферментов. Так, пиридоксалькиназа катализирует превращение пиридоксаля (одной из форм витамина B6) в его коферментную форму — пиридоксальфосфат. Тиаминпирофосфокиназа осуществляет превращение тиамина в тиаминдифосфат. Нарушение одного из этих процессов, напр., при врожденном или приобретенном дефекте биосинтеза одного из специфических белков, участвующих в обмене того или иного В., делает невозможным выполнение В. своих специфических функций, что ведет к развитию частичной или полной витаминной недостаточности. Примером таких нарушений может служить анемия, развивающаяся при врожденном дефекте всасывания фолиевой к-ты в кишечнике или при генетическом дефекте дигидрофолатредуктазы, превращающей фолиевую к-ту в ее коферментную форму — тетрагидрофолиевую к-ту. Наряду с превращением в активные формы В. подвергаются в организме катаболическим превращениям с образованием неактивных форм, в виде которых они могут выводиться из организма (4-пиридоксиновая к-та из пиридоксина, N1-метилникотинамид из никотин амида и др.).
Недостаточное поступление В. в организм или нарушение их превращения можно определять путем исследования витаминного статуса человека. С этой целью определяют содержание В. и продуктов их обмена в крови, моче, активность ферментов, в состав которых в виде кофермента или простетической группы входит данный В., а также другие биохим, и физиол, показатели, характеризующие специфические функции В.
Методы определения витаминов приведены в статьях, посвященных отдельным витаминам (напр., Аскорбиновая кислота, Ретинол, Тиамин и др.). Применяется также и радиоизотопный метод (см. Витаминная недостаточность, радиоизотопная диагностика).
При помощи гистохимических методов можно выявить наличие в тканях ретинола, рибофлавина и аскорбиновой к-ты.
Определение аскорбиновой к-ты основано на свойстве ее в темноте и на холоду восстанавливать кислые растворы азотнокислого серебра. Существуют различные модификации методов, основанные на обработке кислыми растворами азотнокислого серебра нефиксированных тканевых блоков или свежих замороженных срезов. Предложен также метод обработки лиофилизированных срезов. Однако некоторые исследователи [Даниэлли (J.F. Danielli), Кисель (G. Kiszely) и др.] ставят под сомнение специфичность методов в целом в связи со способностью витамина С к диффузии и, возможно, наличием в тканях других сильных восстановителей серебра. Так, Клара (М. Clara), хотя и считает эти методы пригодными для выявления аскорбиновой к-ты, однако указывает на свойство гранул α-клеток островков поджелудочной железы, вещества энтерохромаффинных клеток, адренохрома, меланинов, нейросекреторных гранул супраоптических и паравентрикулярных ядер гипоталамуса также восстанавливать кислые растворы серебра.
Наибольшей популярностью пользуется метод Бурна (G. Н. Bourne) и метод Жиру (A. Giroud) и Леблона (С. P. Leblond).
Метод Жиру и Леблона позволяет получить тонкие парафиновые срезы, удобные для изучения. Свежий тканевый блок размером 2x3x2 мм помещают на 30—40 мин. в 10% раствор азотнокислого серебра, подкисленного концентрированной уксусной к-той до pH 3,0—4,0; затем раствор сливают и кусочки ткани промывают несколько раз дистиллированной водой и на 30 мин. помещают в 6% раствор гипосульфита натрия, после чего тканевые блоки обезвоживают спиртами восходящей концентрации и по обычной схеме заключают в парафин. Все процедуры, за исключением заливки в парафин, проводят в темноте. Полученные парафиновые срезы слегка подкрашивают смесью метилового зеленого и пиронина. Участки локализации аскорбиновой к-ты имеют вид мелких черных гранул.
Определение рибофлавина основано на восстановлении его водородом (в момент образования) до лейкофлавина, который на воздухе окисляется до родофлавина, имеющего красный цвет. Ткань фиксируют формалином и проводят реакцию на замороженных срезах. Срезы помещают на 30 мин. в 1—2% раствор соляной к-ты, в к-рую добавляют цинковую пыль; затем их промывают в воде и в течение нескольких часов выдерживают в чашке Петри или на часовом стекле на воздухе и заключают в глицерин-желатину. Флавопротеины окрашиваются в красный цвет.
Выявление витамина А основано на его свойстве давать яркую зеленую флюоресценцию в ультрафиолетовых лучах с длиной волны 365 нм. Свежие тонкие тканевые блоки фиксируют 10% раствором холодного формалина не более чем на 10—12 час. Затем немедленно готовят замороженные срезы, которые изучают в воде. Свечение исчезает через 10—60 сек. (следует иметь в виду, что стойкое свечение обусловлено не витамином А). Для контроля срезы обрабатывают раствором соляной к-ты.
Источник