Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






ВИТАМИНЫ, РАСТВОРИМЫЕ В ВОДЕ. Общая характеристика



3.1. Витамин В1 (тиамин)

Общая характеристика

К. Функ в 1912 г. из отрубей риса получил частично очищенный тиамин, однако понадобилось еще около 15 лет для получения кристаллического витамина В1. Кристаллы его бесцветные, горьковатые на вкус, хорошо растворимы в воде.

Тиамин найден как в растительных, так в микробных клетках. Особенно много его в зерновых культурах и дрожжах. Термическая обработка пищевых продуктов и различные пищевые добавки разрушают тиамин. Потребность человека в этом витамине 2—3 мг в сутки. В основе формулы витамина В1 находятся тиазол и пиримидин, соединенные друг с другом метиленовой группой:

витамин В1 (тиаминхлорид)

Замена метильных групп в пиримидиновом кольце резко снижает его биологическую активность. Более того, замена метильной группы на пропильную приводит к образованию антивитамина В1:

 

гидроксивитамин (авитамин В1)

В табл. 9 приведено содержание витамина В1 в различных пищевых продуктах.

Таблица 9.

Содержание витамина В1 в пищевых продуктах

Пищевой продукт Содержание витамина, мг% Пищевой продукт Содержание витамина, мг%
Печень быка Мозг Яйцо куриное 0,4 0,2 0,3 Злаковые растения Капуста Морковь 0,6   0,22 0,15

Метаболизм

В кишечнике часть поступившего с пищей тиамина всасывается методом простой диффузии. Далее в печени при помощи фермента тиаминфосфокиназы происходит его фосфорилирование и образование моно-, ди- и трифосфатов тиамина, причем наиболее активен тиаминпирофосфат (ТПФ) — кофермент ряда окислительно-восстановительных ферментов. После деградации ТПФ тиамин подвергается биотрансформации, в частности происходит деметилирование пиримидинового кольца и конъюгация с цистеином. Образовав­шиеся конъюгаты выводятся с мочой.

Биохимические функции

Функциональная значимость витамина В1 во многом определяется его участием в окислительно-восстановительном катализе. Кофермент ТПФ со­единяется с соответствующими апоферментами и образует тиаминовые фер­менты, участвующие в углеводном обмене. Эти ферменты, в частности, при­нимают участие в осуществлении следующих реакций:



• декарбоксилирования α-кетокислот с образованием соответствующих альдегидов;

• окислительного декарбоксилирования α-кетокислот с образованием кислот;

• перенос гликоальдегидного остатка между кетосахарами и альдегидами.

тиаминпирофосфат (ТПФ)

Одним из примеров ферментативных реакций с участием ТПФ является декарбоксилирование пирувата с отщеплением С02 и образованием уксусного альдегида и в конечном счете ацетилкоэнзима А. Кроме того, тиаминпирофосфат в составе активного фермента способен осуществлять прямое окисление углеводов, катализируя транскетолазную реакцию.

Синтез

Учитывая особенности строения витамина В1, его синтез может быть осу­ществлен тремя путями: конденсацией пиримидинового и тиазольного компо­нентов, на основе пиримидинового компонента и на основе тиазольного ком­понента.

Рассмотрим первый вариант. Оба компонента синтезируются параллель­но, а затем соединяются в молекулу тиамина. Конкретно 2-метил-4-амино-5-хлорметилпиримидин взаимодействует с 4-метил-5-оксиэтилтиазолом, об­разуя четвертичную тиазолевую соль:

Конденсация проходит при температуре 120 °С в толуоле или бутиловом спирте. Далее полученный тиамин выделяют из реакционной смеси осаждени­ем ацетоном и очищают перекристаллизацией из метанола.



Авитаминоз

Прямым следствием недостаточности витамина В1 является дефицит его коферментных форм. Это приводит к блокированию реакций декарбоксилирования и накопления избыточных количеств пировиноградной кислоты, что может привести к нейротоксикозам. Весьма вероятно, что в условиях дефици­та тиамина, а значит, и снижения скорости транскетолазной реакции снижает­ся синтез НАДФН и рибозо-5'-фосфата — продуктов пентозофосфатного пути. Метаболические нарушения приводят к развитию различных патологи­ческих состояний, например болезни бери-бери. При этом заболевании имеют место патологии нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем. Кроме того, недостаток тиамина приводит к нарушениям водного обмена и функций кроветворения.

Практическое применение

Витамин В1 широко применяется в медицинской практике для лечения различных нервных заболеваний (полиневрита, неврозов), сердечно-сосудис­тых расстройств (гипертонии, склерозов коронарных сосудов) и др. Фосфорилированная форма витамина В1 — кокарбоксилаза — применяется при патоло­гических состояниях, связанных с нарушением углеводного обмена, почечной недостаточности, нарушениях коронарного кровообращения.

В хлебопечении тиамин в комплексе с рибофлавином и никотиновой кис­лотой применяется для витаминизации хлебобулочных изделий. Тиамин при­меняют также для витаминизации комбикормов в животноводстве и птице­водстве.

 

3.2. Витамин В2 (рибофлавин)

Общая характеристика

Витамин В2 впервые был выделен из молока и получен в кристаллическом состоянии Р. Кунном в 1933 г. Вскоре была расшифрована его химическая формула; оказалось, что рибофлавин состоит из изоаллоксазина и спирта рибитола.

витамин В2

Рибофлавин кристаллизуется в виде игл желтого цвета с температурой плавления 290 °С. В отличие от витамина В1 рибофлавин более термостабилен, вместе с тем он весьма чувствителен к свету, под действием которого возможен его распад. Источником витамина В2 являются растительные и микробные клетки. Животный организм не способен к синтезу рибофлавина и получает его или с пищей, или в результате синтеза кишечной микрофлорой. Рибофла­вин в значительных количествах находится в таких пищевых продуктах, как печень, молоко, яйца, дрожжи, зерновые культуры (табл. 10). В свободном состоянии рибофлавин находится в основном в молоке, в микробных клет­ках — в виде флавинмононуклеотида (ФМН), а в животных клетках — в виде флавинадениндинуклеотида (ФАД). Физиологическая потребность человека в этом витамине — 2—2,5 мг в сутки.



Таблица 10.

Содержание витамина В2 в пищевых продуктах

Пищевой продукт Содержание витамина, мг % Пищевой продукт Содержание витамина, мг %
Коровья печень Куриное яйцо Молоко 1,5 0,6 0,2 Пшеница Капуста Морковь 0,3 0,2 0,05

Метаболизм

При поступлении с пищей в слизистой тонкого кишечника рибофлавин частично всасывается в кровь методом простой диффузии. В процессе транс­порта через мембраны он под действием фермента флавокиназы и АТФ пре­вращается в ФМН, а в печени в результате действия ФАД-зависимой пирофосфорилазы и АТФ — в ФАД.

ФМН и ФАД являются коферментами ряда ферментов дегидрогеназ, уча­ствующих в процессах тканевого дыхания. По истечении срока функциониро­вания в организме рибофлавин освобождается из коферментной формы и под­вергается биотрансформации, причем одним из его метаболитов является α-оксиэтилфлавин. Выводятся метаболиты рибофлавина с мочой.

Биохимические функции

Витамин В2 и его активные формы ФМН и ФАД являются ростовыми факторами. ФМН и ФАД — коферменты около 30 ферментов, осуществляю­щих перенос водорода на различные субстраты. Имеется несколько типов та­ких реакций:

• оксидазы D- и L-аминокислот, окисляющие их посредством молекуляр­ного кислорода;

• дегидрогеназы, переносящие электроны на цитохромные системы;

• дегидрогеназы, восстанавливающие никотиновые коферменты.

Особое значение имеют эти ферменты в процессах тканевого дыхания, пе­реноса электронов и протонов. Витамин В2 принимает участие в механизмах зрения, являясь его своеобразным сенсибилизатором.

Синтез

Биологический синтез рибофлавина осуществляют растения, дрожжи, грибы и бактерии. Фосфорилирование рибофлавина у бактерий, например у Е. соli, происходит под действием фосфорилазы, а донором фосфатных групп является глюкозо-1-фосфат. Промышленное значение имеет технология получения рибофлавина из грибов, например Sarcina lutea, из которых проду­цируется более 5 мг витамина в 1 мл среды.

Химический синтез рибофлавина можно осуществлять конденсацией аро­матического моноамина и виолуровой кислоты.

Конденсацию проводят в диоксановой среде при температуре до 100 °С.

Авитаминоз

Недостаток витамина В2 приводит к остановке роста организмов, мышеч­ной слабости, воспалениям слизистой. Заболеваниями кожи, характерными для гиповитаминоза В2, являются себорейный дерматит, облысение, наруше­ние эпителия кожи. Часто наблюдаются заболевания глаз, проявляющиеся в воспалении роговицы, кератитах, расширению кровеносных сосудов роговой оболочки, светобоязнью. Авитаминоз В2 является причиной образо­вания катаракты и помутнения хрусталика.

Практическое применение

В медицинской практике применяют как витамин В2, так и его коферментные формы. Исходный рибофлавин показан при гипо- и авитаминозах В2, при конъюнктивитах, язвах роговицы и катаракте. Рибофлавин-мононуклеотид применяют при различных кожных заболеваниях, таких, как дерматозы, нейродермиты, себорея, фолликулярная волчанка. Флавинат (ФАД) также приме­ним при указанных выше заболеваниях, кроме того, при отравлениях и токси­козах. Совместно с тиамином и никотиновой кислотой рибофлавин применя­ют для витаминизации хлебобулочных изделий. Он входит в рацион при брой­лерном разведении цыплят для стимулирования роста, а также является компонентом комбикормов для сельскохозяйственных животных.

 

3.3. Витамин В3 (пантотеновая кислота)

Общая характеристика

Витамин В3 был впервые идентифицирован Р. Вильямсом в 1933 г., он же 6 лет спустя получил его в кристаллическом состоянии. Пантотеновая кислота состоит из остатков Dα -диокси-β,β-диметилмасляной кислоты и β-аланина и имеет химическую формулу

пантотеновая кислота

Наличие асимметрического углеродного атома обусловливает оптическую активность этого соединения, причем биологической активностью обладает только правовращающий D-изомер. Пантотеновая кислота является желтой маслянистой жидкостью с хорошей растворимостью в воде и этиловом спирте. Она легко гидролизуется по месту пептидной связи на β-аланин и пантоат. Пантотеновая кислота синтезируется микробными и растительными клетка­ми. Наибольшее ее содержание найдено в печени, яичном желтке, дрожжах и картофеле (табл. 11). Все животные организмы нуждаются в пантотеновой кислоте, причем суточная потребность в ней человека около 2 мг. Активная форма пантотеновой кислоты — коэнзим А, или КоА:

Таблица 11.

Содержание пантотеновой кислоты в некоторых пищевых продуктах

Пищевой продукт Содержание витамина, мкг/г Пищевой продукт Содержание витамина, мкг/г
Куриное яйцо Печень Рыба Картофель Пшеница

Антивитаминные свойства применительно к пантотеновой кислоте про­являет w-метил-пантотеновая кислота, которая, встраиваясь в пантотеновые коферменты, ингибирует соответствующие ферментативные реакции.

Метаболизм

Как и для других водорастворимых витаминов, всасывание пантотеновой кислоты происходит в тонком кишечнике методом простой диффузии. В пече­ни и некоторых других тканях образуются активные формы витамина В3 — КоА и дефосфо-КоА. По окончании функционирования КоА гидролизуется и свободная пантотеновая кислота и ее метаболиты (пантетин и р-аланин) вы­водятся с мочой.

Биохимические функции

Биохимические функции пантотеновая кислота выполняет в форме КоА, который переносит кислотные радикалы на различные субстраты. КоА участ­вует в липидном обмене (окисление жирных кислот, синтез холестерина), уг­леводном обмене (образование цитрата, окисление пирувата), принимает участие в таких синтетических реакциях, как образование δ-аминолевуленовой кислоты, ацетилхолина, кетоновых тел.

Синтез

Пантотеновая кислота синтезируется в микробных и растительных клет­ках, и в зависимости от типа клеток условия ее биосинтеза могут различаться.

Авитаминоз

Дефицит пантотеновой кислоты в крови людей является причиной разви­тия периферического неврита. Кроме того, авитаминоз В3 приводит к потере веса, повреждению кожи, облысению, а также нарушениям функций желудоч­но-кишечного тракта.

Практическое применение

В медицинской практике пантотеновая кислота используется в виде пантотената кальция при нарушениях обменных процессов, полиневритах, язвен­ных процессах, токсикозах.

 

3.4. Витамин В5 (РР, никотинамид, ниацин)

Общая характеристика

Открытие витамина РР связано с изучением пеллагры — заболевания ко­жи. Модель экспериментальной пеллагры была предложена в 1917 г., и с этого времени начались поиски препаратов, обладающих лечебным действием при этом заболевании. Таким препаратом оказалась никотиновая кислота, которая в 1937 г. была отнесена к витаминам. Никотиновая, или (З-пиридинкарбоновая, кислота фактически является провитамином, а антипеллагрическим действи­ем обладает ее амид. Кристаллы никотиновой кислоты представляют собой бесцветные иглы с температурой плавления 235 °С.. Амид никотиновой кисло­ты также кристаллизуется в виде игл, но с температурой плавления 132 "С.

никотиновая кислота амид никотиновой кислоты

Молекула никотиновой кислоты очень специфична. Замена карбоксиль­ной группы на другую группировку приводит не только к подавлению ви­таминных свойств, но и образованию соединений с антивитаминным (РР) действием. К таким соединениям относится β-пиридинсульфоновая кислота и 6-аминоникотинамид.

Большое количество витамина РР находится в рисовых и пшеничных от­рубях, печени, дрожжах (табл. 12). Суточная потребность человека в этом ви­тамине составляет 15—22 мг. Некоторые животные, например крысы, способ­ны синтезировать никотиновую кислоту из триптофана и не нуждаются в по­лучении его с пищей.

Таблица 12.

Содержание витамина РР в некоторых пищевых продуктах

Пищевые продукты Содержание витамина, мкг/г . Пищевые продукты Содержание витамина, мкг/г
Печень Рыба Молоко Пшеница Картофель Морковь

Метаболизм

Никотиновая кислота и никотинамид, поступившие в организм с пищей, всасываются в тонком кишечнике методом простой диффузии. . С током крови никотиновая кислота легко попадает в печень и другие органы, несколько медленнее проникает в них никотинамид. В тканях оба соединения преимущественно используются для синтеза кофер­ментных форм — никотинамидадениндинуклеотида (НАД) и никотинамидадениндинуклеотид фосфата (НАДФ). Синтез никотинамидаденин-динуклеотида (НАД) из никотиновой кислоты находится под жестким контро­лем гормонов гипофизадреналовой системы.

Биосинтез NAD осуществляется в два этапа. Первый — в цитоплаз­ме с помошью фермента никотинмононуклеотид-пирофосфорилазы (ис­точником синтеза фосфорибозилпирофосфата служит рибозо-5-фос-фат, образующийся в пентозофосфатном пути окисления глюкозы):

Второй этап продолжается в ядре клетки, реакция катализируется NAD-пирофосфорилазой:

Синтез кофермента также может осуществляться митохондриями.

НАДФ+ образуется из НАД+ в цитоплазме клетки с участием фермента НАД-киназы:

 

Часть никотинамидных коферментов синтезируется в организме животных из триптофана. Однако этот путь, в который вовлекается до 2 % метаболического пула триптофана, значительно уступает по эффективности первому (т. е. из прямого витаминного предшествен­ника).

По истечении срока функционирования распад их осуществляется при помощи НАД- и НАДФ-зависимых гликогидролаз, в результате чего кофер-мент распадается на никотиновую кислоту и АДФ-рибозу. Никотиновая кис­лота и ее амид образуют конъюгаты с глюкуронидами и метальными группи­ровками и с мочой выводятся из организма.

 

 

Биохимические функции

Почти весь имеющийся в клетках и жидких средах организма витамин РР представлен в виде никотинамида, вклю­ченного в состав коферментов — НАД и НАДФ. Поэтому значение ниацина определяется ролью этих коферментов, которая является чрез­вычайно многогранной:

• НАД+ — кофермент дегидрогеназ, участвующий в реакциях окис­ления глюкозы, жирных кислот, глицерина, аминокислот, яв­ляется коферментом дегидрогеназ цикла Кребса (исключая сук-цинатдегидрогеназу). В этих реакциях кофермент выполняет функцию промежуточного акцептора электронов и протонов.

• НАД+ — переносчик протонов и электронов в дыхательной цепи митохондрий (от окисляемого субстрата к первому комплексу цепи тканевого дыхания).

• НАД+ — субстрат ДНК-лигазной реакции при синтезе и репара­ции ДНК, а также субстрат для синтеза поли-АДФ-рибозы в поли-(АДФ)-рибозилировании белков хроматина.

• НАДФH-H+ — донор водорода в реакциях синтеза жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов и некоторых других соедине­ний.

• НАДФH-Н+ — компонент монооксигеназной цепи микросомного окисления, выполняющей функцию детоксикации антибиоти­ков и других чужеродных веществ.

• НАД+ и НАДФH-Н+ — аллостерические регуляторы ферментов энергетического обмена, в частности, ферментов цикла Креб­са, а также реакций новообразования глюкозы (глюконеогене-за).

Никотинамид и N-метилникотинамид (метаболит никотинамида) являются участниками процесса метилирования т-РНК и белков.

Синтез

Никотиновая кислота является жизненно важной структурой для многих живых организмов. Некоторые из них способны синтезировать ее из амино­кислоты триптофана. Биосинтез никотиновой кислоты — многостадийный процесс, основные этапы которого заключаются в следующем: из триптофана образуется кинуренин, затем, после ряда промежуточных стадий, хинолиновая кислота, декарбоксилирование которой приводит к образованию никотино­вой кислоты.

Имеется много схем химического синтеза никотиновой кислоты. Наибо­лее простой из них является использование в качестве предшественников ни­котина или анабозина. В обоих случаях это одностадийный процесс, связан­ный с каталитическим окислением никотина или анабазина серной кислотой в присутствии металлического селена при температуре 100 °С.

Авитаминоз

Дефицит витамина РР приводит к развитию пеллагры, которая проявляет­ся в виде различных дерматитов с обострением после солнечного воздействия. При пеллагре отмечены также нарушения функций пищеварения и нервной системы.

Практическое применение

В медицинской практике используют исходные никотиновую кислоту и ее амид, а также в комплексе с другими химическими соединениями. Никотинамид применяют при атеросклерозе, в частности при гиперхолистеринемии, для нормализации функций печени, почек, головного мозга. Среди комплекс­ных препаратов, в состав которых входит никотиновая кислота, можно отме­тить никошпан, содержащий кроме никотиновой кислоты но-шпу (сосудорас­ширяющее и спазмолитическое средство), а среди производных никотиновой кислоты широкое применение в медицинской практике получил кордиамин (стимуляция функций нервной системы и дыхания).

Никотиновая кислота и никотинамид являются ростовыми факторами для микроорганизмов, в том числе и имеющих промышленное значение. Витамин РР применяется для витаминизации хлебобулочных изделий, а также входит в рацион сельскохозяйственных животных (на 1 т комбикорма — 40—60 г вита­мина РР).

 

3.5. Витамин В6 (пиридоксин, пиридоксамин, пиридоксаль)

Общая характеристика

Витамин В6 был открыт П. Дьерди в 1934 г., а через четыре года выделен в кристаллическом состоянии. Различают три индивидуальных вещества, обладающих свойствами витамина В6: пиридоксамин, пиридоксин и пиридок­саль. Кристаллы пиридоксамина бесцветные с температурой плавления 160 "С, хорошо растворимы в воде и некоторых органических растворителях. Аналогичными свойствами обладает и пиридоксаль. Кристаллы пиридоксина плавятся при температуре 195°С и почти не растворяются в органических растворителях.

Все три формы витамина В6 легко превращаются друг в друга, однако наи­большую биологическую значимость имеет фосфорилированная форма пиридоксаля.

Витамин В6 синтезируется растительными и микробными клетками. Наи­большее количество его в печени, яйцах, дрожжах, моркови (табл. 13). Су­точная потребность человека в этом витамине 3—4 мг.

Таблица 13.

Содержание витамина В6 в некоторых пищевых продуктах

Пищевой продукт Содержание витамина, мкг/г Пищевой продукт Содержание витамина, мкг/г
Яйцо куриное Молоко коровье Печень 0,85 Пшеница Морковь 2,0 3,2

Из антивитаминов В6 наибольшее значение имеет изониазид, так как он оказывает антибактериальное действие на туберкулезные микобактерии и ис­пользуется в качестве противотуберкулезного препарата.

Метаболизм

Витамин В6 после поступления в организм с пищей всасывается в тонком кишечнике методом простой диффузии. С током крови он транспортируется к тканям и достаточно легко проникает вовнутрь клеток. В клетках происходит фосфорилирование всех трех форм витамина В6, однако наибольшую значи­мость имеет фосфопиридоксаль. Фосфорилирование осуществляется при по­мощи фермента пиридоксалькиназы, при этом образуется активная форма ви­тамина В6 или кофермент фосфопиридоксаль. Катаболизм фосфопиридоксаля начинается с дефосфорилирования, которое катализируется различными фосфатазами. Далее происходит окисление и образуется 4-пиридоксиловая кисло­та, которая выводится из организма с мочой.

Биохимические функции

Витамин В6 часто называют «королем об­мена аминокислот»; вместе с тем его коферментные формы участву­ют в реакциях, катализируемых почти всеми классами ферментов. Механизм действия всех пиридоксальфосфатзависимых ферментов сходен: 1) вначале образуются шиффовы основания между амино­кислотой и коферментом (рис. 1), при этом нитрофильный азот пиридонового кольца действует как своеобразный электронный сток, уводя электроны от аминокислоты и стабилизируя промежуточный интермедиат — карбанион; 2) будучи неустойчивыми, шиффовы ос­нования (альдимины) далее модифицируются в процессах трансами-нирования, декарбоксилирования, изомеризации и во многих других превращениях боковой цепи аминокислот.

Коферментные формы витамина В6 входят в состав следующих фер­ментов:

• аминотрансфераз аминокислот, катализирующих обратимый пе­ренос NH2-rpynnbi от аминокислоты на сс-кетокислоту, при этом образуются новые сс-кетокислоты и заменимые аминокислоты;

• декарбоксилаз аминокислот, отщепляющих карбоксильную груп­пу аминокислот, что приводит к образованию биогенных ами­нов (гистамина, серотонина, ГАМК и других), а также моно-аминоксидаз, гистаминазы (диаминооксидаза) иаминотрансферазы ГАМК, обезвреживающих (окисляющих) биогенные амины;

• изомераз аминокислот, с помощью которых организм разрушает D-аминокислоты (в состав тканевых белков млекопитающих вхо­дят L-аминокислоты);

• аминотрансфераз иодтирозинов и иодтиронинов, участвующих в синтезе гормонощитовидной железы и распаде этих гормонов в периферических тканях;

• синтазы Ъ-аминолевуленовой кислоты, участвующей в биосинте­зе гема гемоглобина и других гемсодержащих белков (из гли­цина и сукцинил~КоА);

• кинурениназы и кинуренинаминотрансферазы, обеспечивающих синтез витамина РР из триптофана;

• цистатионинсинтазы и цистатионинлиазы — фермен­тов, катализирующих синтез и распад цистатионина в следую­щих реакциях;

• синтетазы 3-дикетосфингозина, участвующие в реакциях синтеза сфинголипидов (из серина и пальмитоил~КоА).

Рисунок 1.

Синтез

Химический синтез пиридоксина осуществляется посредством конденса­ции этоксиацетилацетона и цианацетамида. Синтез пиридоксина возможен через производные хинолина и изохинолина, а также через производные фурана. Пиридоксамин получают из метилового эфира пиридоксина посред­ством аминирования аммиаком в метиловом спирте при 140 °С. Пиридоксаль получают из гидрохлорида пиридоксина окислением посредством дихромата калия в серной кислоте при 60 °С.

Авитаминоз

Признаком авитаминоза В6 являются кожные заболевания (эритемы, эде­мы), нарушения центральной нервной системы и кроветворения. Дефицит ви­тамина В6 у человека проявляется более отчетливо в младенческом возрасте и сопровождается конвульсиями и эпилептическими припадками.

Практическое применение

В медицинской практике используют как витамин В6, так и его кофер-ментные формы. Пиридоксин применяют при токсикозах у беременных, ате­росклерозе, нервных и кожных заболеваниях. Пиридоксальфосфат более эф­фективен, особенно при кожных заболеваниях.

 

3.6. Витамин В12 (цианкобаламин)

Общая характеристика

Цианкобаламины представляют собой группу веществ, обладающих ак­тивностью витамина В12. Впервые этот витамин был получен в кристалличе­ском состоянии в 1948 г. Е. Рикетсом и Е. Смитом. Кристаллы его тем­но-красного цвета, хорошо растворимы в воде и нерастворимы в органических растворителях. Витамин В12 чувствителен к действию света, при световом воздействии цианкобаламин превращается в оксикобаламин. Из всех известных витаминов цианкобаламин имеет самую сложную химическую структуру:

 

 

витамин В12 (цианкобаламин)

Обнаружено много природных аналогов витамина В12, кроме того, ряд его аналогов получен методом химического синтеза (более 30 соединений).

Антивитамины В12 имеют различную химическую структуру. Например, 1,2-дихлордиаминобензол подавляет синтез витамина В12, псевдовитамин В12 блокирует процесс всасывания витамина в тонком кишечнике.

Потребность людей в витамине В12 достаточно мала и составляет всего около 1 мкг в сутки. В пищевых продуктах содержание В12 также меньше по сравнению с другими витаминами. Данные представлены в табл. 14.

Таблица 14.

Содержание витамина В12 в некоторых пищевых продуктах

Пищевой продукт Содержание витамина, мкг/г Пищевой продукт Содержание витамина, мкг/г
Печень быка Сердце 1,2 0,5 Рыба Яйцо куриное 0,12 0,015

Метаболизм

Витамин В12 в свободном состоянии не может всасываться в желудоч­но-кишечном тракте, а усваивается организмом только в комплексе со специ­фическим белком. Этот белок представляет собой гликопротеин с молекуляр­ной массой 90 кБа и называется внутренним фактором или фактором Кастла (по фамилии открывшего его ученого). Комплекс витамина В12 с фактором Кастла легко всасывается в тонком кишечнике. После поступления в кровь этот комплекс распадается, и внутренний фактор разрушается протеиназами крови. Свободный кобаламин образует комплексы с α- и β-глобулинами, ко­торые и транспортируют его к тканям. В тканях кобаламин превращается в свои активные формы — метилкобаламин (Мет-К) и дезоксиаденозилкобаламин (ДОАК) — коферменты ряда кобамидных ферментов. Распад их осуще­ствляется в печени и почках, а кобаламин выводится из организма с мочой.

Биохимические функции

К настоящему времени известно ~ 15 раз­личных В12-регулируемых реакций, но только две из них протекают в клетках млекопитающих — синтез метионина из гомоцистеина (явно не удовлетворяющий потребностям организма) и изомеризация D-метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА. Рассмотрим эти реакции.

1. В первой реакции участвует метил-В12, являющийся коферментом метионинсинтазы (гомоцистеинметилтрансферазы). Фермент пе­реносит метильную группу с 5-метил-ТГФК на гомоцистеин с обра­зованием метионина:

При уменьшении содержания в диете витамина В12 синтез метио­нина метионинсинтазой снижается, но поскольку при полноценном питании метионин поступает с пищей, метаболизм белков нарушает­ся не сразу. Вместе с тем падение активности метионинсинтазы при­водит к накоплению 5-метил-ТГФК (см. схему), который образуется при восстановлении 5,10-метилен-ТГФК, т. е. исчерпывается пул дру­гих коферментов ТГФК. Таким образом, даже при условии вполне достаточного общего уровня фолатов создается их функциональный дефицит — уменьшается содержание формил- и метиленпроизводных ТГФК. Как раз эти производные, а точнее, приносимые ими одноуглеродные радикалы, необходимы для синтеза предшественников нук­леиновых кислот. Этот феномен получил название секвестрация пула ТГФК.

Описанная реакция служит примером тесной взаимосвязи между двумя витаминами — фолиевой кислотой и кобаламином. Не удиви­тельна поэтому и схожесть симптомов заболевания при дефиците ка­кого-либо из них.

В середине 90-х годов появились сообщения о существовании тес­ной связи между дефицитом фолата и увеличением степени риска инфаркта миокарда; при этом индивидуальный риск сердечного при­ступа связан с ненормально высоким уровнем сывороточного гомо­цистеина. Объясняется это тем, что у фолатдефицитных индивиду­умов повышенный уровень кофакторов ТГФК лимитирует метаболи­ческий поток через метионинсинтазную реакцию с последующей ак­кумуляцией гомоцистеина — субстрата этого фермента. Предполага­ется, что гомоцистеин является метаболитом, ответственным за по­вреждение сердца, хотя механизм его токсичного действия не известен.

2. Вторая реакция требует участия другой коферментной формы витамина д-аденозин-В12. Кофермент входит в состав метималонил-КоА-мутазы. Особенностями катализа этого фермента является обра­зование свободнорадикальных промежуточных продуктов реакции и изменение валентности кобальта. Субстратом для его действия явля­ется метилмалонил-КоА, образующийся при карбоксилировании пропионил-КоА (реакция рассматривается на с. 50).

Эта реакция является весьма важной в метаболизме пропионовой кислоты (точнее, пропиониол-SKoA), которая образуется при окис­лении жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, боковой цепи холестерина, окислительном распаде аминокислот: изолейцина, метионина и серина.

Также витамин В12 вовлекается в процесс образования формен­ных элементов крови, а также в обмен жиров в качестве протектора КоА.

 

 

Синтез

Витамин В12 синтезируется в основном микроорганизмами с использова­нием таких предшественников, как сукцинил-КоА и глицин, с образованием δ-аминолевулината с последующим образованием кобириновой кислоты. Предшественником других компонентов витамина В12 являются треонин и бензимидазол.

Глицин + Сукцинил-КоА ® АЛК ® ПБГ ® УПГШ ® Коррифирин ® Кобириновая кислота ® Кобинамид ® Витамин В12

Где АЛК – аминолевуленовая кислота; ПБГ – порфобилиноген; УПГШ – уропорфириноген III.

Первые этапы синтеза витамина В|2 аналогичны таковым при синтезе дру­гих тетрапирролов, например гема. Из глицина и сукцинил-КоА под действи­ем фермента аминолевулинатсинтазы образуется δ-аминолевулиновая кислота (АЛК). Далее, при действии АЛК-дегидратазы, конденсация двух молекул АЛК приводит к образованию порфобилиногена (ПБГ), а в результате конденсации четырех молекул ПБГ — уропорфириногена (УПГШ). Последняя реакция проходит под действием фермента порфобилигеназы. При метилировании УПГ образуется коррифирин, а дальнейшее метилирование, декарбоксилирование при С-12 и включение Со приводит к образованию кобириновой кислоты.

Амидирование кобириновой кислоты, включение аминоизопропанола и аденизилирование приводят к образованию кобинамида. Затем включение нуклеотида дает конечный продукт — витамин В12.

Впервые полный химический синтез цианкобаламина был осуществлен в 1972 г., причем сначала были синтезированы его отдельные «блоки», такие, как аминопропанол, α-рибозол и кобировая кислота.

Авитаминоз

Гиповитаминоз В12 может иметь как экзогенный, так и эндогенный харак­тер. Первый связан с недостатком его в пище, второй обусловлен неполно­ценным синтезом кишечной микрофлорой, а также дефицитом внутреннего фактора, или фактора Кастла. Недостаток витамина В12 приводит к нарушени­ям эритропоэза и лейкопоэза, с последующим развитием анемии.

Практическое применение

Витамин В12 в свободном состоянии и в составе коферментов обеспечива­ет кроветворную функцию организма. Его применяют для лечения некоторых видов анемий, причем наибольший эффект проявляется при сочетанном его применении с фолиевой кислотой. Кроме того, витамин В12 показан при пато­логиях печени, нервной системы, кожных заболеваниях.

В сельском хозяйстве комбинированные корма обогащают витамином В12. В состав сухого экстракта, помимо витамина (100 мг на 1 кг препарата), входят ростовые факторы, а также в малых дозах антибиотики.

 

3.7. Витамин В15 (пангамовая кислота)

Витамин В15 был впервые выделен Р. Томияма в 1950 г. из печени быка, а год спустя — Е. Кребсом из ядер абрикосовых косточек. По своему химиче­скому строению пангамовая кислота является эфиром глюконовой кислоты и диметилглицина.

Кристаллы пангамовой кислоты белого цвета, растворимы в воде, но не в органических растворителях. Температура их плавления 185 °С.

Биохимические функции

Достоверно установлено липотропное действие пангамовой кислоты на организм животных и человека. Это связано с процессами деметилирования и переметилирования в организме. Фосфолипиды, поступающие в клетки пече­ни и других тканей, теряют метильные и фосфатные группы и превращаются в нейтральные жиры. Снижение липотропных свойств является причиной их отложения в печени, стенках кровеносных сосудов и т. д. Доказано, что панга­мовая кислота является эффективным метилирующим агентом, а переметили­рование нейтральных жиров способствует их выводу из клеток в кровь.

Для пангамовой кислоты характерно детоксицирующее действие, кото­рое, по мнению некоторых авторов, связано с усилением процессов окисления некоторых токсичных продуктов промежуточного обмена.

Синтез

Имеется несколько способов синтеза пангамовой кислоты. Наиболее простой из них заключается во взаимодействии D-глюконовой кислоты и ди­метилглицина с образованием конечного продукта.

Практическое применение

В медицинской практике применяют пангамат кальция, содержащий че­тыре подвижных метальных группы. Препарат используют в комплексной те­рапии при лечении ишемической болезни сердца, атеросклерозе, патологиях печени и почек.

3.8. Витамин Вс (фолиевая кислота, фолацин)

Общая характеристика

В 1940 г. Н. Хоган и А. Перро показали, что у цыплят, выращиваемых на ис­кусственной диете, развивается анемия, которая проходит при полноценном пи­тании. В 1941 г. фолиевая кислота была выделена из зеленых листьев (лат. folium — лист, отсюда и название витамина). Ви­тамином Вс это соединение назвали из-за его способности излечивать анемию у цыплят (от англ. chicken — цыпленок) или антианемическим витамином. Оказалось, что это группа производных птеридинов, одним из ко­торых является фолиевая кислота, состоящая из трех блоков: птерина, n-амино-бензойной кислоты и глутаминовой кислоты. Фолиевая кислота представляет собой кристаллы светло-желтого цвета, плохо растворимые в воде.

Фолиевая кислота и другие производные птеридинов объединены общим названием — фолацин.Замена некоторых функциональных групп в молекуле витамина Вс приводит не только к потере витаминной, но и к приобретению антивитаминной активности.

Фолиевая кислота и родственные соединения синтезируются микробны­ми и растительными клетками. Основными источниками фолатов являются дрожжи, бобовые растения, салат, капуста (табл. 15).

Потребность человека в витамине Вс, равная 0,5—1,0 мг в сутки, в основ­ном восполняется за счет синтеза его микрофлорой кишечника.

Таблица 15.

Содержание фолиевой кислоты в некоторых пищевых продуктах

Источник Содержание, мг/г Источник Содержание, мг/г
Дрожжи Фасоль Петрушка 14,0 1,5 1,16 Зеленый лук Черная смородина Печень свиньи 0,10 0,15 1,5

Метаболизм

Фолацин и его производные, поступающие с пищей или синтезированные кишечной микрофлорой, всасываются в тонком кишечнике, при этом в сли­зистой ферментативным путем происходит превращение витамина в его коферментную форму — 5,6,7,8-тетрагидрофолиевую кислоту. Этот процесс про­исходит в две стадии. Вначале посредством дигидрофолатдегидрогеназы и кофермента НАДН·Н+ образуется дигидрофолиевая кислота, которая затем при по­мощи тетрафолатдегидрогеназы восстанавливается до тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК).

ФК+НАДФН·Н+ → ДГФК+НАДФ+

2. ДГФК + НАДФН·Н+ → ТГФК + НАДФ+

Оба фермента нуждаются в антиоксидантной (препятствующей окис­лительному разрушению) защите. Эту функцию выполняет витамин С. Отсюда становится понятным, почему проявления фолиевой недо­статочности могут быть ослаблены назначением аскорбиновой кисло­ты.

При поступлении в кровь большая часть (до 80%) ТГФК ло­кализуется в эритроцитах и оставшаяся — в плазме. Тканями-депо фолацина являются печень и почки. Выведение фолиевой кислоты происходит с мочой, калом и потом.

Биохимические функции

Основная биохимическая функция витамина Вс в составе кофермента ТГФК связана с переносом одноуглеродных фрагментов различных метаболитов:

(метильной(-СН3), метиленовой (- СН2-), метенильной (-СН=), формильной (-СНО) и формиминогруппы (CH=NH)).

Например, при биосинтезе метионина ТГФК в комплексе с соответствую­щим апоферментом переносит метильную группу, при биосинтезе серина из глицина — оксиметильную группу, при биосинтезе пуриновых оснований — формильную. Перенос формильной группы при образовании формилметио-нил-тРНК является необходимым условием инициации синтеза белка.

Приведенные примеры показывают важную роль, которую играет этот ви­тамин в обмене белков и нуклеиновых кислот. Кроме того, идентифицирова­ны более 20 реакций, в которых принимает участие фолиевая кислота и ее производные, причем одной из наиболее важных из них является синтез пуриновых оснований. Биологическую значимость имеют также отдельные фраг­менты молекулы фолиевой кислоты. Так, аминобензол-L-глутаминовая кис­лота обладает высокой ростовой активностью по отношению к культуре Streptobacterium plantarum.. Существенную роль в метаболических процессах играет п-аминобензойная кислота, являющаяся ростовым фактором для многих мик­роорганизмов, водорослей и высших растений. п-Аминобензойная кислота участвует в пигментации волос у млекопитающих, ее дефицит приводит к по­седению волос у лабораторных животных. Кроме того, она необходима для биосинтеза витаминов группы Вс, в состав которых она входит.

Синтез

Витамин Вс синтезируется в микробных и растительных клетках. Пред­шественником биосинтеза одного из фрагментов фолиевой кислоты — птери-дина — является гуанидинтрифосфат (ГТФ). В результате раскрытия кольца и присоединения я-аминобензойной кислоты образуется дигидроптероевая кислота, которая затем при участии глутамата трансформируется в дигидрофолиевую кислоту.

Химический синтез фолиевой кислоты можно провести в одну стадию по­средством тройной конденсации: 2,4,5-триамино-6-оксипиримидина, 2,3-ди-бромпропионового альдегида и п-аминобензоил-L-глутаминовой кислоты.

Авитаминоз

Авитаминоз витамина Вс у многих видов животных и человека вызывает анемию, проявляющуюся в уменьшении числа эритроцитов и лейкоцитов. Имеются указания на то, что недостаток фолиевой кислоты приводит к замедле­нию скорости синтеза нуклеиновых кислот в клетках костного мозга. Следует отметить, что большая часть необходимого для процессов жизнедеятельности витамина Вс синтезируется микрофлорой кишечника и факторы, подавляющие ее развитие (недостаток белковой пищи, антибиотики, сульфамидные препа­раты и др.), косвенно могут быть причиной развития макроцитарной анемии.

Практическое применение

Применение витамина Вс и его антагонистов в клинической практике достаточно многообразно. Фолиевая кислота в сочетании с витамином В12 применяется для стимуляции эритропоэза, при отравлении тяжелыми метал­лами, развитии лучевой болезни. Антивитамины фолиевой кислоты, напри­мер 4-аминоптерин, применяют в комплексной терапии онкологических забо­леваний для подавления синтеза ДНК в опухолевых клетках, а также при лей­козах для ингибирования лейкопоэза.

 


Просмотров 1360

Эта страница нарушает авторские права




allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!