Витамины являются структурными компонентами клетки

§ 18. ВИТАМИНЫ

Общие представления о витаминах

Витамины – это низкомолекулярные органические вещества, являющиеся обязательными компонентами пищи и обеспечивающие нормальное протекание биохимических и физиологических процессов.

Термин витамин произошел от лат. vita – жизнь и означает амины жизни. Впервые этим термином польский биохимик К.Функ назвал микрокомпонент пищи, предотвращающий заболевание бери-бери, поскольку он обладал свойствами амина. Однако не все открытые впоследствии витамины были аминами, более того, не все они содержат в своем составе азот. Тем не менее этот термин укоренился и используется в настоящее время.

Витамины характеризуются следующими свойствами:

a) витамины являются незаменимыми компонентами пищи;

b) витамины нужны организму в небольших количествах, от нескольких микрограммов до нескольких десятков миллиграммов (табл. 7);

c) витамины не включаются в структуру тканей человека;

d) витамины не используются в качестве источника энергии;

e) витамины не синтезируются организмом человека и животных, однако могут синтезироваться кишечной флорой, витамин D образуется под действием солнечных лучей;

f) структура каждого витамина уникальна, нет гомологий в структуре витаминов;

g) многие витамины являются предшественниками коферментов и простетических групп ферментов;

h) некоторые витамины выполняют регуляторную функцию.

Витамины имеют два обозначения: буквенное и тривиальное. Например, витамин С, или аскорбиновая кислота. Некоторые витамины представлены несколькими родственными соединениями, например, витамин D представлен группой соединений, обозначаемых как D₂, D₃, D₄.

Ежедневная потребность в витаминах

Витамины по способности растворяться в воде или жире делятся на два класса: водорастворимые (рис. 63) и жирорастворимые (рис. 64). К водорастворимым витаминам относятся витамин С (аскорбиновая кислота), В₁(тиамин), В₂ (рибофлавин), В₃ (пантотеновая кислота), В₅ (никотиновая кислота, никотинамид, РР), В₆ (пиродоксин), В₁₂ (кобаламин)_, В_с (фолиевая кислота), Н (биотин), к жирорастворимым – К (антигеморрагический), Е (токоферолы), D (кальциферолы), A (ретинол).

Недостаток или избыток поступления витаминов с пищей приводят к развитию авитаминоза, гиповитаминоза и гипервитаминоза. Авитаминоз развивается при длительной недостаточности витамина. При частичной недостаточности витамина наблюдается гиповитаминоз. Различают пищевой и эндогенный авитаминозы. Пищевой авитаминоз связан с недостаточным поступлением витаминов с пищей. В случае эндогенного авитаминоза витамины с пищей поступают в достаточных количествах, но их использование ограничено вследствие внутренних причин. Совместная недостаточность нескольких витаминов называется полиавитаминозом. Избыточное поступление витамина с пищей может привести также к нежелательному состоянию – гипервитаминозу.

Интересно знать! Авидин – белок яичного белка – прочно связывает биотин. Связь между биотином и авидином настолько прочна, что включение сырого яичного белка в рацион животных приводит к острой биотиновой недостаточности.

Жирорастворимые витамины

Жирорастворимые витамины (рис. 63) представляют собой маслянистые вещества, плохо растворимые в воде.

Рис. 63. Жирорастворимые витамины

Известны две формы витамина А – А₁ (рис. 63) и А₂. Витамин А содержится в печени рыб, яйцах, молоке. В растениях витамин А отсутствует, но во многих растениях (морковь, помидоры, перец) содержатся каротиноиды, которые в организме животных могут превращаться в витамин А. При авитаминозе наблюдается поражение эпителиальных тканей, ослабление иммунитета, снижения остроты зрения в сумерках – куриная слепота. Избыточное поступление витамина А может вызвать гипервитаминоз – интоксикацию организма. Этот витамин в составе сложного белка родопсина принимает участие в фоторецепции. Родопсин состоит из белка опсина и ретиналя (альдегидной формы витамина А). Под действием света родопсин распадается на опсин и ретиналь:

родопсин опсин + ретиналь.

Затем осуществляется каскад биологических процессов, в результате которых нервный импульс передается в центральную нервную систему.

Под этим названием объединена группа родственных соединений, которые еще называются кальциферолами. Витамин D регулирует обмен Са 2+ и фосфора. Недостаток этого витамина приводит к нарушению фосфорно-кальциевого обмена. В результате у детей происходит деформация костей и наблюдается дряблость мышц, т.е. развивается рахит. Большие дозы могут вызвать гипервитаминоз, который проявляется в похудении, задержке роста, подъеме давления, температуры, могут возникать судороги.

Витамин D содержится в больших количествах в печени рыб, рыбьем жире, яйцах, икре, сливочном масле.

Витамин Е, или токоферолы

Токоферолы препятствуют перекисному окислению липидов, которое ведет к нарушению функций мембран. При их недостаточности может происходить:

a) резорбция плода при беременности;

b) дегенерация семенников у самцов, снижение подвижности сперматозоидов;

c) мышечная дистрофия;

d) снижение времени жизни и продукции эритроцитов.

Токоферолы широко распространены в природе. Ими богаты растительные масла.

Под термином витамин К также объединена группа родственных соединений. Витамин К принимает участие в окислительных процессах и в процессе свертывания крови. Недостаточность в этом витамине у людей встречается достаточно редко. При авитаминозе снижается свертываемость крови, и в связи с этим возникают подкожные и внутримышечные кровоизлияния. Витамином богаты зеленые растения: шпинат, капуста, тыква, его синтезирует кишечная флора.

Водорастворимые витамины

Витамин С, или аскорбиновая кислота, является витамином для человека, обезьян и морских свинок, в организме других животных и растениях это вещество синтезируется из глюкозы.

При недостаточности витамина наблюдается ломкость кровеносных сосудов, быстрая утомляемость, общая слабость, повышенная восприимчивость к инфекциям, болезненность десен. При длительной недостаточности развивается такая болезнь, как цинга, при которой появляются язвы на деснах и выпадают зубы.

Аскорбиновая кислота выступает в качестве кофактора некоторых ферментативных реакций.

Этим витамином богаты фрукты и овощи.

Рис. 64. Водорастворимые витамины.

Никотинамид является компонентом двух близких по структуре коферментов никотинамидадениндинуклеотида (НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ). Эти коферменты могут находиться в окисленной (НАД + и НАДФ + ) и восстановленной (НАДН и НАДФН) формах. Они принимают участие в реакциях дегидрирования и гидрирования, катализируемых ферментами дегидрогеназами:

Рибофлавин входит в состав коферментов флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД). Эти коферменты функционируют в качестве прочно связанных с ферментом простетических групп дегидрогеназ:

Роль других водорастворимых витаминов связана также с участием в ферментативных реакциях в составе коферментов или простетических групп ферментов.

Интересно знать! При злокачественном малокровии (пернициозной анемии) в организме вырабатываются большие, недоразвитые и нестойкие эритроциты, количество которых значительно ниже нормы. Это заболевание раньше было неизлечимо и обычно приводило к смерти. В 1926 г. было обнаружено, что с этим заболеванием можно справиться, если употреблять в пищу сырую печень. Не многим больным нравилась эта процедура. И только через 22 года был выделен витамин В₁₂, и было показано, что именно он является целительным агентом.

Источник

Глава 3. Витамины

История открытия витаминов связана с изучением роли различных пищевых веществ в жизнедеятельности организма. Российский ученый Н.И. Лунин впервые (1880) обратил внимание на то, что помимо белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды, животным необходимы некие особые факторы питания, без которых они заболевают и гибнут. Позже (1912) польский исследователь К. Функ выделил из рисовых отрубей вещество, предохраняющее от заболевания бери-бери, и назвал его витамин (от лат. vita–жизнь и амин, поскольку это вещество содержало NH₂-группу). С тех пор термин «витамины» стал популярным, хотя в структуру многих из них аминогруппа не входит.

Витамины обладают исключительно высокой биологической активностью и требуются организму в очень небольших количествах – от нескольких микрограммов до нескольких десятков миллиграммов в день. В отличие от других незаменимых пищевых веществ витамины не являются пластическим материалом или источником энергии и участвуют в обмене веществ в основном как участники биокатализа: почти все водорастворимые витамины, а также жирорастворимый витамин К, являются коферментами или кофакторами биохимических реакций. Витамины А, Д, Е способны регулировать работу генетического аппарата клетки. Кроме того, каждому витамину присуща также специфическая функция в организме. Все это делает их незаменимыми в жизнедеятельности клетки.

Витамины – это необходимые для жизнедеятельности низкомолекулярные органические соединения, синтез которых у организма данного вида отсутствует или ограничен (за исключением витамина Д, который может синтезироваться в коже человека). Следует заметить, что для разных видов одно и то же соединение может либо являться, либо не являться витамином. Например, аскорбиновая кислота – витамин для организма человека, но не собаки или крысы, поскольку у этих животных аскорбат синтезируется из гулоновой кислоты.

Классификация витаминов

По физико-химическим свойствам витамины делятся на две группы: водорастворимые (витамины группы В, витамины С, Н, Р) и жирорастворимые (витамины А, Е, Д, К). Для обозначения каждого из них существует буквенный символ, химическое название и название с учетом излечиваемого этим витамином заболевания с приставкой “анти”. Кроме того, для некоторых витаминов сохранено наименование, данное им открывшими их авторами.

Нарушение баланса витаминов в организме

Водорастворимые витамины в тканях не накапливаются (за исключением витамина В₁₂) и поэтому должны поступать в организм ежедневно. В организме большинство из них активируется путем фосфорилирования. Активные формы в качестве коферментов участвуют в реакциях метаболизма.

Жирорастворимые витамины способны накапливаться в тканях. Их недостаточность встречается реже. При передозировке витамины А и Д проявляют токсичность. Коферментная функция (за исключением витамина К) для них не характерна. Выполняя функцию индукторов синтеза белков, жирорастворимые витамины уподобляются стероидным гормонам (ярко выраженную гормональную активность проявляют активные формы витамина Д). Все жирорастворимые витамины являются структурными компонентами клеточных мембран и проявляют антиоксидантное действие.

1.Гиповитаминозы. “Витамины проявляют себя не своим присутствием, а своим отсутствием” (В.А.Энгельгардт).

Гиповитаминозом называется состояние недостаточности витамина. Он может протекать скрыто либо иметь ярко выраженный характер, проявляясь соответствующим заболеванием. Термин ”авитаминоз” вряд ли правомочен, так как при полном отсутствии витамина в клетках прекращаются зависимые от него биохимические реакции, что приводит к их гибели (смерти организма). К массовой гибели людей приводили заболевания бери-бери, пеллагра и цинга. В 1741 г.от цинги погиб первооткрыватель пролива между Азией и Америкой российский мореплаватель В.Беринг. Жизнь отважного исследователя Севера Г.Я. Седова также была прервана цингой. Но случаев цинги не было при кругосветном путешествии русского адмирала И. Крузенштерна, который понимал важность обеспечения команды свежими фруктами и овощами.

Наиболее частыми проявлениями гиповитаминоза являются: повышенная утомляемость, раздражительность, снижение внимания и памяти, плохой аппетит, нарушение сна, трещины и язвочки на губах и в углу рта, “облысение” части языка, шелушение и гнойничковые заболевания кожи, легкое появление синяков на коже, кровоточивость десен, снижение остроты сумеречного зрения.

Гиповитаминозы могут длиться годами, не давая явно выраженных проявлений болезни, но нанося серьезный ущерб здоровью.

Гиповитаминозный фон, характерный для большого числа практически здоровых людей, существенно усугубляется при любых заболеваниях, особенно при болезнях пищеварительной системы, когда нарушается всасывание витаминов в кишечнике и их использование в организме. Свой вклад вносит и лекарственная терапия – некоторые лекарства являются антагонистами витаминов. Многие антибиотики подавляют рост и размножение не только патогенных микроорганизмов, но и симбионтов, играющих важную роль в обеспечении организма биотином, пантотеновой кислотой, витамином К.

Недостаточная витаминная обеспеченность затрудняет лечение болезней и снижает его эффективность, что в конечном итоге способствует хронизации заболеваний. Осложняется исход хирургических операций и течение послеоперационного периода.

Нехватка витаминов отрицательно сказывается на росте и развитии детей, повышает детскую смертность; ухудшает выносливость, физическую и умственную работоспособность; усиливает отрицательное воздействие на организм ионизирующей радиации и других экологически неблагоприятных факторов внешней среды; потенцирует токсический эффект алкоголя и курения. Витаминный дефицит снижает активность иммунной системы, ускоряет старение организма, увеличивает частоту возникновения злокачественных опухолей, сокращает продолжительность жизни.

2. Гипервитаминозы.Отнюдь не всякий избыток и далеко не каждого витамина способен вызвать гипервитаминоз. Болезни, возникающие вследствие избыточного приема водорастворимых витаминов, не описаны. Поскольку они в организме не накапливаются, их передозировка невозможна (В.Б. Спиричев, В.Г.Кукес). Физиологически необходимая часть витаминов, поступивших в организм, сразу используется, а излишки экскретируются с мочой.

Известны лишь два витамина – А и Д, длительный прием которых в количествах, превышающих физиологическую потребность организма в десятки тысяч раз, может вызвать гипервитаминоз.

Следует заметить, однако, что любое пищевое вещество, даже вода, в чрезмерных количествах может нанести ущерб. И хотя не получило подтверждение мнение известного ученого Л. Полинга о том, что прием мегадоз витамина С (10 г/сут.) приводит к образованию оксалатных камней в почках, необходимость поступления в организм чрезмерно высоких доз аскорбата (и других витаминов) не имеет строгого научного обоснования. Некоторые витамины в количествах, превосходящих суточную норму в сотни и тысячи раз, могут вызвать неспецифические побочные эффекты в виде тошноты, диареи, покраснения кожи и других симптомов, которые проходят при отмене препаратов. Витамины не вызывают образование антител и, следовательно, аллергических реакций. Однако при парэнтеральном введении в дозах, превышающих истинную потребность организма в десятки и сотни раз, молекулы витаминов адсорбируются белками крови и формируют таким образом необычные для организма структуры, на которые антитела могут вырабатываться.

В соответствии с рекомендациями Национальной академии наук США абсолютно безопасные уровни потребления витаминов А и Д превышают среднюю суточную потребность в 10 раз, витаминов С и В₆ – в 100 раз, а витаминов Е, В₁, В₂ и фолиевой кислоты – более чем в 100 раз. Рекомендации Института питания РАМН имеют более осторожный характер.

Источник