34 витамины I А-В

Лекция 34

ВИТАМИНЫ I

В конце XIX века ученым-физиологам стало ясно, что кроме основных пищевых веществ – белков, углеводов и жиров с пищей должны поступать в небольших количествах другие вещества, необходимые для нормального функционирования организма. Было положено начало поиску и исследованиям таких веществ. Первые обнаруженные из них содержали в своей химической структуре аминогруппу, и поэтому получили название витаминов ("амины жизни"). Выделенные в дальнейшем подобные вещества не содержали аминогрупп, но название класса сохранилось.

В современном понимании витамины – это группа низкомолекулярных природных веществ разнообразных по химической структуре и необходимых для протекания важнейших биохимических процессов in vivo.

Природные соединения, не являющиеся витаминами, но легко превращающиеся в них в организме, называются провитаминами. Если несколько соединений, близких по химической структуре, выполняют одинаковую витаминную функцию, то их называют витамерами.

В организме высших животных и человека витамины или вообще не образуются, или биосинтез их ограничен. Поэтому они должны поступать с пищей в готовом виде, либо в виде провитаминов. Витамины обладают исключительно высокой биологической активностью, и требуются для нормальной жизнедеятельности в очень небольших дозах – порядка нескольких мг в сутки (исключение составляет витамин С: его суточная потребность – 70-100 мг). Недостаток витаминов приводит к заболеваниям, связанным с нарушением основных биохимических процессов (авитаминозы).

Всего известно около 20 веществ, которые могут быть отнесены к витаминам. У витаминов нет строгой систематической номенклатуры, что связано с их химической неоднородностью. Распространено буквенное обозначение витаминов, которое сопровождается тривиальным химическим названием. Практическое значение имеет классификация витаминов по физико-химическим свойствам – водорастворимые и жирорастворимые.

Витамин А

А-витаминной активностью обладают т.н. ретиоиды – три родственные по структуре соединения: ретинол, ретиналь и ретиноевая кислота, связанные между собой реакциями окисления:

Все эти соединения относятся к классу дитерпенов, обладают ярко выраженной липофильностью: витамин А – жирорастворимый витамин.

Ретинол содержит гидроксильную группу в аллильном положении и легко окисляется в ретиналь, этим объясняется антиоксидантная активность витамина А, а также неустойчивость ретинола при хранении: в качестве лекарственной формы витамина А применяют ретинолацетат (сложный эфир ретинола) гораздо более устойчивый. В организме происходит гидролиз сложного эфира и выделение свободного ретинола.

Витамин А обладает разносторонним биологическим действием: он является фактором роста, обладает антиокислительной активностью, участвует в цикле световой реакции глаза. Последняя реакция хорошо изучена. Ретиналь соединяется азометиновой связью с белком опсином , образую родопсин – светочувствительный элемент глаза:

Цикл световой реакции на сетчатке глаза представляется следующей схемой:

Витамин А содержится главным образом в животных продуктах, особенно в печени морских животных и рыб. Для человека источником витамина А является также и растительная пища: содержащийся в растительных продуктах β-каротин является провитамином А, в кишечнике он ферментативно расщепляется с образованием ретинола:

Витамины группы В

Витамин В₁

Витамин В₁ – водорастворимый витамин, имеющий также тривиальное название тиамин. Широко распространен в растениях и микроорганизмах. Наиболее богаты им дрожжи, мука грубого помола, крупы, бобовые.

По химической структуре представляет собой систему из двух гетероциклов – пиримидина и тиазола:

Тиамин в его активной форме тиаминпирофосфата является коферментом декарбоксилирования α-кетокислот (кокарбоксилаза) и входит в состав ферментных комплексов – пируватдегидрогеназного и α-кетоглутаратдегидрогеназного:

Витамин В₁ также является коферментом трансальдолаз и транскетолаз – ферментов реакций пентозофосфатного цикла, переносящих альдегидные и кетофрагменты.

Витамин В₂

Водорастворимый витамин В₂ известен под названием рибофлавина. Главным источником его являются молочные продукты, яйца, печень и почки, дрожжи, гречневая крупа. Основа химической структуры рибофлавина – конденсированная гетероциклическая система аллоксазина, содержащая остаток многоатомного спирта рибитола:

Рибофлавин является биохимическим предшественником флавиновых коферментов: ФМН, ФАД, флавопротеидов, участвующих в окислении жирных кислот, в окислительном декарбоксилировании кетокислот (ПВК-ДГ- и α-КГ-ДГ-комплексы), в митохондриальной дыхательной цепи:

Флавиновые коферменты осуществляют перенос электронов и протонов, отщепляемых от окисляемых субстратов:

Витамин В₃

Водорастворимый витамин В₃ известен под названием пантотеновой кислоты (пантотеновая – "вездесущая"). Синтезируется зелеными растениями и микроорганизмами, в частности, кишечная палочка человека синтезирует пантотеновую кислоту в достаточном для него количестве.

Биологическая роль пантотеновой кислоты состоит в том, что она является предшественником кофермента А (кофермент ацилирования), играющего ключевую роль в обмене жирных кислот и вообще карбоновых кислот.

Витамин В₆

Витамин В₆ (водорастворимый) представляет собой группу производных 2-метил-3-окси-5-(2-окиэтил)пиридина:

Пиридоксаль – активная форма витамина В₆ – наиболее реакционноспособен и наименее устойчив, он образуется при окислении пиридоксина и пиридоксамина. Фосфорилированный пиридоксаль – пиридоксальфосфат – играет ключевую роль в обмене аминокислот: он является коферментом в реакциях переаминирования и декарбоксилирования α-аминокислот:

Витамин В₁₂

Витамин В₁₂ – кобаламин – это кобальтовый комплекс коррина интенсивного рубинового цвета. Коррин представляет собой соединение сложной структуры: тетрапиррольный макроцикл, сходный с порфириновым и содержащий в различных положениях алкильные, амидные и другие группы. Ион кобальта (Со³⁺) связан с четырьмя атомами азота тетрапиррольной системы и донорно-акцепторной связью с циклом бензимидазола, а также содержит ковалентно связанную группу Х. У природного витамина Х = ОН или СН₃ (оксикобаламин и метилкобаламин), синтетический витамин имеет Х = CN (цианкобаламин).

Кобаламины синтезируются, в основном, микроорганизмами (актиномицетами); в организме человека они продуцируются микрофлорой кишечника (при условии достаточного поступления кобальта с пищей). Пищевые источники витамина В₁₂ – рыба, печень, мясо, молочные продукты.

Биохимическая функция витамина В₁₂ состоит в том, что он является переносчиком метильных групп в некоторых биосинтетических реакциях:

Витамин В₉ (В_С)

Витамин В_С – фолиевая кислота, фолацин – широко распространена во всех микробах, животных и растительных организмах. Животные её не синтезируют.

Молекула фолиевой (птероилглутаминовой) кислоты состоит из трех фрагментов: птерина, п-аминобензой кислоты и глутаминовой кислоты:

Биологически активная форма фолиевой кислоты – тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК) – функционирует in vivo как кофермент, переносящий одноуглеродные остатки в биосинтезе нуклеиновых оснований.

Витамин В_Т

Витамин В_Т – карнитин - имеет строение внутренней соли 3-окси-4-триметиламмониомасляной кислоты:

Картинин присутствует в тканях животных, растений, в микроорганизмах. Животные синтезируют его из лизина (для некоторых насекомых он является собственно витамином). Карнитин по ОН-группе соединяется с жирными кислотами, образуя бифильные соединения, способные проникать через биологическую мембрану. Это используется в процессе переноса жирных кислот из цитоплазмы в матрикс митохондрий (т.н. "карнитиновый перенос"):

Витамин В_Х

Витамином В_Х называется парааминобензойная кислота (ПАБК):

ПАБК – биологический предшественник фолиевой кислоты. Она является ростовым фактором микроорганизмов. Применяется как противорахитическое средство, а также повышает устойчивость организма к УФ-облучению.

ЛИТЕРАТУРА:

Основная:

1. Н.А.Тюкавкина, Ю.И.Бауков – Биоорганическая химия – ДРОФА, М., 2007 г., с. 498-503.

Дополнительная:

1. В.В.Племенков – Введение в химию природных соединений – Учебное пособие для химических, биологических и медицинских специальностей ВУЗов, Казань, 2001, с. 267-290.

2. Ю.А.Овчинников – Биоорганическая химия – М., Просвещение, 1987 г.,

с. 668-692.

09.04.09

9