73
3.Витамины
3.1.Общая характеристика
Белки, жиры, углеводы, входящие в состав пищевых веществ, используются организмом для пластических и энергетических надобностей. Достаточное содержание этих соединений, а также солей и воды в обычных свежих продуктах и в пище смешанного характера вполне обеспечивает жизнь, здоровье и трудоспособность человека. Однако в определенных условиях даже при обильном потреблении основных пищевых веществ могут возникать особые заболевания, нередко кончающиеся смертью. Такие явления наблюдались издревле при отсутствии свежей пищи и связывались с недостатком в пище -ка ких-то веществ. Экспериментально роль этих неизвестных веществ была доказана в прошлом веке русским ученым Н.И. Луниным. В 1912 году польский ученый К. Функ предложил называть эти неизвестные вещества витаминами, т.е. аминами жизни (от лат. «вита» – жизнь), так как одно из них, выделенное и
изученное им (витамин В – тиамин) содержало аминогруппу. Термин этот
1
стал затем применяться ко всем обязательным дополнительным пищевым факторам. И хотя многие из них, как оказалось впоследствии, не содержат аминогруппы и вообще азота, название «витамины» по традиции удерживается до сих пор в биологии и медицине.
Благодаря усилиям биохимиков и физиологов за почти столетнюю историю витаминологии выделено более двух десятков индивидуальных витаминов и витаминоподобных соединений, изучены их состав и строение, физиологическое действие и в подавляющем большинстве случаев осуществленыхимические синтезы соответствующих препаратов. Среди исследователей советского периода огромную работу в области витаминологии провели Л.АЧеркес, А.В. Палладин, М.Н. Шатерников, В.Н. Букин, А.В. Труфанов, Б.А. Лавров, В.В. Ефремов, А.Е. Браунштейн и др.
Витамины представляют собой сборную в химическом отношении группу низкомолекулярных органических веществ, физические свойства которых столь же разнообразны как и их химическая природа. Физиологическое действие витаминов на животных, на растительные ткани и микроорганизмы тоже весьма различно.
Витамины объединены в отдельную группу природных органических соединений на основе абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве дополнительной к белкам, жирам, углеводам и минеральным веществам составной части пищи. Иначе говоря, витамины являются жизненно необходимыми компонентами сбалансированного питания. При этом витамины не включаются в структуру тканей и не используются в организме в ка-
74 |
3. Витамины |
честве источника энергии, а обеспечивают нормальное протекание биохимических и физиологических процессов путем участия в регуляции обменаве ществ.
Витамины не синтезируются в организме человека и животных или синтезируются тканями, а также кишечной микрофлорой, присущей организму, в малых количествах, недостаточных для нормальной жизнедеятельности. Для человека основным источником витаминов являются высшие растения, которые сами или через пищевые продукты животного происхождения им потребляются. При недостаточном поступлении в организм витаминов развиваются патологические явления.
Между витаминами и другими составными частями пищи существуют тесные взаимоотношения, объясняемые общностью, единством обмена веществ. Так, известно, что между витамином В5 (никотинамидом или витамином РР), недостаточность которого вызывает пеллагру, и аминокислотой триптофаном существует взаимосвязь, так как именно из триптофана образуется никотинамид. Ввиду этого недостаточность никотинамида развивается только при одновременной недостаточности триптофана. Недостаточность никотинамида может быть частично или полностью компенсирована введением триптофана. Другим примером подобного рода является холин, который при определенных экспериментальных условиях питания представляет собой жизненно необходимый фактор питания и, таким образом, может быть назван витамином или точнее– витаминоподобным соединением. Однако жизненно необходимой является не вся молекула холина, а только ее метильная группа. Путём добавления в обычную пищу других метилсодержащих веществ, прежде всего метионина, потребность организма в метильных группах может быть удовлетворена. Таким образом, холин, как и метионин, является носителем метильной группы и оба вещества, могут замещать друг друга.
Вживотном мире имеется видовое различие в потребности отдельных витаминов, связанное с возможностью или невозможностью достаточного их синтеза в организме. Так, аскорбиновая кислота (витамин С) является витамином для человека, обезьян и морских свинок, тогда как крысы, кролики и собаки синтезируют его сами в процессе межуточного обмена веществ.
Вколичественном отношении потребность в витаминах ничтожна: если человек в среднем должен потреблять ежедневно около600 г (в пересчете на сухое вещество) основных питательных веществ, то витаминов – лишь 100-200 мг. Эта потребность зависит от возраста, пола, физической нагрузки, физиологического состояния. В связи с этим возникло предположение, что витамины в организме участвуют в обмене веществ, выполняя каталитические функции.
На связь витаминов с ферментами впервые1922в |
году указал академик |
|
Н.Д. Зелинский. Действительно, было установлено, |
что поступая в организм с |
|
пищей, витамины принимают активное участие |
в |
обмене веществ, причем |
3. Витамины |
75 |
большинство водорастворимых витаминов (группы В) выполняют коферментную роль в ферментативных реакциях обмена.
Для витаминов, растворимых в жирах, коферментная функция пока только выясняется. Однако показано, что производные витаминов А и К выполняют коферментную функцию в процессах биосинтеза гликопротеидов и полисахаридов, перенося через липофильные мембраны гидрофильные остатки моно- и олигосахаридов к эндоплазматическому ретикулуму, где происходит присоединение углеводной части к белковой основе, синтезированной в рибосомах.
Вначале полагали, что витамины высоко специфичные соединения. Впоследствии, однако, было установлено, что в природе имеются семейства сходных соединений, которые одинаковы по своему биологическому(витаминоподобному) действию. Аналоги витаминов удается получить синтетическим путем. Для обозначения химически родственных с витаминами соединений применяют термин витамеры.
В некоторых случаях установлено, что аналоги витаминов могут оказывать не только биологически подобные действия, но и противоположные. Эти соединения получили названия антивитамины.
Так, сульфаниламидные препараты (стрептоцид, сульфацил, норсульфазол и др.) оказались антивитаминами в силу своего химического сходства относительно парааминобензойной кислоты:
NH2 |
COOH |
NH2 |
SO2 NH2 |
парааминобензойная |
|
сульфаниламид |
|
|
кислота |
|
|
Сульфаниламиды отличаются от парааминобензойной кислоты лишь наличием -SO2-NH2-группы, заменившей в последней карбоксильную группу, но, будучи введенными в больной организм, конкурируют с парааминобензойной кислотой за включение в молекулу фолиевой кислоты. Тем самым сульфаниламиды блокируют включение парааминобензойной кислоты в молекулу фолиевой кислоты. Фолиевая кислота играет существенную роль в ферментных системах синтеза нуклеиновых кислот микроорганизмов. Поэтому нарушение синтеза фолиевой кислоты приводит к задержке развития микробных клеток.
К числу антивитаминов витамина В относят окситиамин, витамина В –
1 6
4-дезоксипиридоксин.
В настоящее время для витаминов, растворимых в воде, установлено значительное число антивитаминов и выявлен механизм их действия. В отношении витаминов, растворимых в жирах, вопрос об их антивитаминах еще не
76 |
3. Витамины |
решен, за исключением витамина К, для которого выявлены в качестве антивитаминов производные кумарина (дикумарин, варфарин, тромексан).
Таким образом, антивитамины – это, в основном, вещества, очень близкие по структуре к соответствующим витаминам, которые как бы являясь их лож-
ными заменителями, включаются по аналогии в структуре в естественную цепь реакций обмена, прерывая ее нормальное течение. В основе действия антивитаминов лежит конкурентное вытеснение антивитамином соответствующего витамина из его комплекса с ферментом. В результате образуется недеятельный фермент, обмен нарушается и возникает тяжёлое заболевание– авитаминоз. Такие структуроподобные антивитамины являются, следовательно, конкурентными ингибиторами витаминов.
Помимо этих антивитаминов, сходных по структуре с витаминами, различают также структуроразличные антивитамины, которые путем изменения структуры молекул витаминов или комплексных соединений витамина с метаболитами частично или полностью лишают витамин его действия. Эти антивитамины являются неконкурентными ингибиторами витаминов. К их числу можно отнести ферменты: тиаминазу I и II, разрушающие молекулу тиамина, аскорбиназу, разрушающую молекулу аскорбиновой кислоты, авидин, инактивирующий биотин (витамин Н) и др.
Всё вышесказанное позволяет считать антивитаминами такие соединения, которые частично или полностью выключают витамины из обменных реакций организма путем их разрушения, инактивирования или препятствия их ассимиляции.
Указанные свойства антивитаминов, иногда используются с лечебной целью. В качестве примера можно привести применение сульфаниламидов. К числу таких лекарственных средств следует причислить дикумарол и аминоптерин. Дикумарол, являющийся по характеру своего действия антагонистом витамина К, применяется в качестве антикоагулянта при опасности закупорки кровеносных сосудов. Аминоптерин, антивитамин фолиевой кислоты, находит применение в качестве вещества, тормозящего биосинтез нуклеиновых кислот при лейкемии, благодаря чему задерживается развитие злокачественного белокровия.
3.2. Классификация витаминов
Почти до тридцатых годов нашего столетия химическое строение витаминов оставалось неизвестным. Поэтому каждому из них давали название по имени того заболевания, которое развивалось при отсутствии витамина в пище. При этом к названию соответствующей болезни добавлялась приставка «анти», так как введение витамина в пищу приводило к быстрому выздоровлению.
3. Витамины |
77 |
В1913 году Мак-Коллума предложил отдельные витамины обозначать буквами латинского алфавита (А, В, С и т.д.), что и проводилось по мере их выделения.
Когда была исследована химическая природа ряда витаминов, стали вводить их химические названия. В настоящее время используются все три вида номенклатуры витаминов. Наметилась тенденция перехода к химическим наименованиям, которые биохимическая секция международного союза по чистой и прикладной химии с 1956 года признала международными.
В1970 году Р.В. Чаговец и Е.В. Лахно предложили классифицировать витамины, исходя из их химического строения, выделив следующие группы витаминов:
1) витамины, участвующие в образовании коферментов(тиамин, рибофлавин, пиридоксин, никотиновая кислота, биотин, фолиевая кислота, кобаламин).
2) алифатические витамины (пантотеновая и липоевая кислоты)
3) витамины – полиметильные соединения (холин, карнитин, пангамовая кислота, s-метилметионин).
4) витамины – изопреноидные соединения (филлохиноны, токоферолы и кальциферолы).
5) витамины гексозного происхождения (аскорбиновая кислота, инозит).
На кафедре фармацевтической химии Пятигорской ГФА используются следующая классификация витаминов:
1)витамины алифатического ряда (вит. С);
2)витамины алициклического ряда (вит. А, Д);
3)витамины ароматического ряда (вит. К, викасол);
4)витамины гетероциклического ряда:
а) хромановые витамины (вит. Е); б) фенилхромановые (вит. Р); в) пиридинкарбоновые (вит.РР, В5);
г) оксиметилпиридиновые (вит. В6); д) пиримидин-тиазоловые (вит. В1); е) группа фолиевой кислоты (вит. Вс); ж) изоаллоксазиновые (вит. В2); з) кобаламины (вит. В12).
В медицинской и биологической литературе витамины подразделяются на две группы: витамины, растворимые в воде, и витамины, растворимые в жирах. М.И. Смирновым (1974) предложена временная классификация, согласно которой выделяются три группы витаминов(по каждому витамину приведена буквенная, химическая и физиологическая номенклатура):