Основные функции витаминов, их потребность и пищевые источники

Витамин	Функция в организме	Суточная потребность для взрослого человека, мг	Пищевые источники
Водорастворимые витамины
В1	Образование кофермента ТПФ	1,5	Зерновые, дрожжи, свинина
В2	Образование коферментов ФМН и ФАД	1,8	Молоко, яйца
В3	Образование кофермента А и простетической группы ацилпереносящего белка (АПБ)	7,0	Во многих пищевых продуктах
В6	Образование кофермента пиридоксальфосфата	2,0	Мясо, овощи, зерновые
В12	1) Образование кофермента 5′-дезокси-аденозилкобаламина 2) Участие в восстановлении рибонуклеотидов бактериями	0,002	Кишечная микрофлора, мясо, печень, яйца, молоко
Вс	Образование кофермента ТГФ	0,2	Свежая зелень, овощи, печень
С	1) Участие в процессах синтеза коллагена, катехоламинов, желчных кислот и деградации тирозина 2) Антиоксидант		Фрукты, овощи
Н	Кофермент карбоксилаз	0,1	Дрожжи, орехи, бобы
РР	Образование коферментов НАД+ и НАДФ+		Мясо, овощи, фрукты, дрожжи

 

Продолжение таблицы 4

Витамин	Функция в организме	Суточная потребность для взрослого человека, мг	Пищевые источники
Водорастворимые витамины
U	Участие в метилировании биогенных аминов		Капуста, мясо, бобы
Липоев. кислота и ее амид	Кофермент мультиферментных дегидрогеназ (ПДГ, ОДГ и др.)		Печень
Жирорастворимые витамины
А1	1) Участие в процессах роста и дифференциации эпиталиальных и костных тканей 2) Увеличение проницаемости мембран для углеводов 3) Стимуляция образования спермы	1,0	Фрукты, овощи
А2	Простетическая группа светочувствительного белка родопсина	Молоко, желток яйца, печень
А3	Участие в процессе дифференциации клеток (в 10 раз активнее А1)	Рыбий жир
D2	Образование гормона кальцитриола, поддерживающего в организме постоянство коцентрации ионов Са2+ и фосфата	0,01	Рыбий жир, молоко, желток
D3	Для птиц
Е	Антиоксидант		Растит. масла печень, яйца, зерновые
К1	Коферменты в реакциях γ-карбоксилиро-вания остатков глутаминовой кислоты в предшественнике протромбина и в других факторах свёртывания крови	0,3	Кишечная микрофлора, овощи, печень
К2
К3

 

За последние годы возрос интерес к витаминам и так называемой «здоровой пище». Получили широкое распространение биологически активные добавки (БАДы), содержащие витамины.

В производство пищевых продуктов все шире внедряется обогащение их витаминными препаратами. В связи с этим актуальным является разработка научно-обоснованных норм по содержанию витаминов в пищевых продуктах, БАДах и лекарственных препаратах. Все витамины применяют в медицинской практике как лекарственные средства.

Основной специфической функцией водорастворимых витаминов в организме является образование коферментов. Из жирорастворимых витаминов лишь витамины К и А₂ осуществляют коферментную функцию, а остальные участвуют не в ферментативных реакциях, а в различных физиологических процессах.

Знание функций витаминов позволяет понять причину возникновения различных патологических состояний, связанных с нарушением метаболизма веществ. Общим положением является, что дефицит того или иного витамина приводит к снижению активности соответствующего фермента и, следовательно, к торможению соответствующей ферментативной реакции. Поскольку организм является сбалансированной саморегулирующейся системой, изменение метаболизма какого-либо вещества влечет за собой изменение обмена и других метаболитов. Наблюдаемые изменения организма в целом проявляются не сразу, поскольку организм в начальном этапе дефицита какого-либо витамина компенсирует возникшее отклонение, изменяя метаболизм других веществ так, чтобы снизить отрицательное влияние дефицита витамина (состояние гиповитаминоза). Если дефицит витамина устранен, организм возвращается в нормальное состояние. В том случае, если дефицит витамина большой и длится длительное время возникает авитаминоз и когда компенсаторные ресурсы организма исчерпаны наступает летальный исход.

Важнейшей реакцией, связывающей гликолиз с цитратным циклом, является реакция превращения конечного продукта гликолиза пирувата в ацетил-КоА, являющегося исходным соединением для цитратного цикла. Эта сложная многостадийная реакция катализируется пируватдегидрогеназным комплексом ферментов (ПДГ комплекс). В пируватдегидрогеназной реакции участвуют три фермента: пируватдегидрогеназа (Е₁), дигидролипоамидацетилтрансфераза (Е₂) и дигидролипоамиддегидрогеназа (Е₃), а также пять коферментов: ТПФ, липоамид, ФАД, НАД⁺ и КоА. Эти коферменты различными способами ассоциированы с белковыми компонентами ферментов. ТПФ нековалентно связан в активном центре Е₁, липоамид ковалентно связан с остатком лизина Е₂ и ФАД также прочно ассоциирован с Е₃. НАД⁺ и КоА взаимодействуют с комплексом в виде растворимых коферментов.

 

В общем виде эта реакция описывается следующим уравнением:

CH₃COCOOH + KoA-SH + НАД⁺ → CH₃COS-KoA + CO₂ + НАДН + Н⁺

Из этого уравнения видно, что в этой реакции участвуют два водорастворимых кофермента - КоА и HAД⁺. Однако процесс на самом деле гораздо сложнее. Совокупность процессов, происходящих при пируват-дегидрогеназной реакции, показана на рисунке 1.3.

Р и с 1.3. Механизм пируватдегидрогеназной реакции.

 

Пируватдегидрогеназа (Е₁) катализирует декарбоксилирование пирувата, перенос образованного гидроксиэтильного остатка на ТПФ и окисление гидроксиэтильной с образованием ацетильного остатка, который переносится на липоамид. Следующий фермент, дигидролипоамидацетилтрансфераза (Е₂) переносит ацетильный остаток с липоамида на КоА, при этом липоамид восстанавливается до дигидролипоамида. Последний вновь окисляется до липоамида НАД⁺ под действием третьего фермента – дигидролипоамид-дегидрогеназы (Е₃), простетической группой которого является ФАД.

Все три типа ферментов объединены в один мультиферментный комплекс, состоящий из 60 субъединиц (Е₁ – 24 молекулы, Е₂ – 24 молекулы и Е₃ – 12 молекул).

Таким образом, при детальном рассмотрении этой реакции видно, что для ее осуществления необходимы 5 различных коферментов, а следовательно и пять витаминов – тиамин, липоевая кислота, рибофлавин, пантотеновая кислота и никотинамид.

К каким же последствиям приведет недостаток хотя бы одного из них? Ответ очевиден - к торможению пируватдегидрогеназной реакции и, следовательно, к снижению выработки ацетил-КоА (КоА-SCOCH₃) и накоплению пирувата.

Ацетил-КоА является ключевым метаболитом цикла Кребса. Этот циклический процесс происходит в матриксе митохондрий и поддерживает работу дыхательной цепи, функционирование которой обеспечивает процесс окислительного фосфорилирования. Следовательно дефицит рассматриваемых витаминов приведет к угнетению клеточного дыхания и снижению выработки АТФ. Уменьшение выработки АТФ будет проявляться в снижении интенсивности обменных процессов в организме в целом, что прояляется в вялости, быстрой утомляемости, отсутствии аппетита, расстройстве центральной нервной системы и т.д.

Таким образом, биологическое действие того или иного витамина однозначно определяется его функцией в организме. В задачу данного пособия не входит детальное рассмотрение всех биохимических реакций в организме, в каждой из которых в конечном итоге принимают участие витамины. Поэтому, ниже мы кратко рассмотрим лишь биологическое действие рассматриваемых витаминов и их применение в качестве лекарственных и профилактических средств.

Витамин В₁ регулирует в организме процессы, связанные с обменом углеводов. Препараты витамина В₁ применяется как фармакотерапевтические средства с широким спектром действия при самых различных заболеваниях. Основные показания к применению этих препаратов: нарушение функций центральной нервной системы, легкие формы склероза, нарушение сердечного ритма, недостаточность коронарного кровообращения и другие сердечно-сосудистые заболевания.

Фармацевтической промышленностью выпускаются следующие препараты тиамина: тиамина хлорид, тиамина бромид, фосфотиамин, кокарбоксилаза. Ниже представлены структурные формулы этих препаратов.

В медицинской практике применяют также пивные дрожжи в качестве источника витамина В₁.

Группа витамина В_{2 ,}кроме рибофлавина (см. табл.1), включает в себя еще два лекарственных препарата: рибофлавин-мононуклеотид и флавинат. Рибофлавин-мононуклеотид представляет собой мононатриевую соль кофермента ФМН. Флавинат является динатриевой солью кофермента ФАД.

При поступлении в организм рибофлавин взаимодействует с аденозинтрифосфатом (АТФ) и образует коферменты ФМН и ФАД.

Эти коферменты связываются ковалентно с флавинпротеинами и участвуют в переносе водорода в окислительно-восстановительных реакциях. Рибофлавин, ФМН и ФАД принимают участие в процессах углеводного, белкового и липидного обмена. Они играют также важную роль в поддержании нормальной зрительной функции глаза и в синтезе гемоглобина.

В медицинской практике препараты рибофлавина применяют при различных заболеваниях глаз, длительно не заживающих язвах и ранах, лучевой болезни, желтухе, отсутствии аппетита и др.

Группа витамина В₃ представлена двумя лекарственными препаратами: кальция пантотенат (кальциевая соль D (+)-пантотеновой кислоты) и пантенол.

Витамин В₃ выпускают в виде кальциевой соли в связи с тем, что пантотеновая кислота в ходе синтеза образуется в виде густого сиропа и с трудом подвергается очистке. Пантенол является провитамином витамина В₃. В организме из пантотеновой кислоты и пантенола образуется кофермент А (см. табл.3.), который играет ключевую роль в обмене жиров, углеводов и белков, а также в процессах ацетилирования и β-окисления высших жирных кислот.

Применяют кальция пантотенат при различных патологических состояниях, связанных с нарушением обменных процессов. Пантенол применяют наружно при различных поражениях кожного покрова.

Группа витамина В₆ представлена близкими по строению производными пиридина, структурные формулы которых представлены в таблице 1.

В организме они легко превращаются друг в друга и образуют кофермент – пиридоксальфосфат (см. табл.3.).

Пиридоксальфосфат является коферментом ферментов, катализирующих реакции декарбоксилирования и трансаминирования. В связи с этим он играет ключевую роль в процессах липидного, белкового и аминокислотного обмена.

В качестве лекарственных препаратов применяются пиридоксина гидрохлорид и пиридоксальфосфат. Основные показания к применению – нарушения белкового и липидного обмена. Например, пиридоксальфосфат проявляет высокую эффективность при различных кожных заболеваниях (крапивница, экзема, нейродермиты, псориаз и др.).

Группа витамина В₁₂ представлена четырьмя соединениями: коферментной формой витамина В₁₂ - 5′-дезоксиаденозилкобаламином (табл.3.) и тремя витамерами - цианокобаламином, метилкобаламином, оксикобаламином (табл.1).

В качестве лекарственных средств выпускаются цианокобаламин и коферментная форма витамина В₁₂ - 5′-дезокси-аденозилкобаламин под названием кобабамид.

Витамеры В₁₂ синтезируются почти исключительно микроорганизмами, особенно актиномицетами и зелеными водорослями. Они найдены практически во всех животных тканях. В организме человека кобаламины синтезируется микрофлорой кишечника, однако, не в достаточном количестве. Дополнительные количества этого витамина должны поступать с пищевыми продуктами животного происхождения.

Витамин В₁₂ является фактором роста, необходим для нормального кроветворения, активирует обмен углеводов, липидов и аминокислот. Он активирует свертывающую систему крови, понижает содержание холестерина в ней, оказывает выраженный лечебный эффект при злокачественной анемии.

Группа витамина В_с (группа фолиевой кислоты) представлена двумя лекарственными препаратами: фолиевая кислота (табл.1.) и кальция фолинат.

В организме фолиевая кислота восстанавливается до тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФ), являющейся коферментом С₁- трансфераз, катализирующих перенос одноуглеродных фрагментов (табл.3.).

Прежде всего фолиевая кислота необходима для нормального образования клеток крови. Вместе с витамином В₁₂ ТГФ стимулирует эритропоэз, участвует в синтезе аминокислот, нуклеиновых кислот, пуринов, в обмене холина и других метаболических процессах.

Кальция фолинат – кальциевая соль фолиновой кислоты, которая является активным метаболитом фолиевой кислоты. Кальция фолинат применяется как антагонист побочного действия противоопухолевого препарата метатрексата.

Витамин С (аскорбиновая кислота) содержится в значительных количествах в продуктах растительного происхождения (сладкий перец, плоды шиповника, цитрусовые, капуста, хрен, хвоя, фрукты, ягоды и др.). Организм человека не способен сам синтезировать витамин С.

Аскорбиновая кислота является коферментом оксигеназ, а также обладает свойствами антиоксиданта.

Одной из важных физиологических функций аскорбиновой кислоты является ее участие в синтезе коллагена и нормализации проницаемости капилляров. Она участвует также в регулировании углеводного обмена, окислительно-восстановительных процессов, свертываемости крови, регенерации тканей, образовании стероидных гормонов, обеспечивает нормальный гематологический и иммунологический статус организма и его устойчивость к инфекции и стрессу.

Как антиоксидант аскорбиновая кислота используется при производстве жиров и фруктовых соков, для предотвращения образования в мясных и колбасных изделиях канцерогенных нитрозаминов из нитрита натрия, добавляемого к этим продуктам для сохранения их природного цвета, для витаминизации молока и молочных продуктов и др.

Витамин Н (биотин) является коферментом карбоксилаз – ферментов, катализирующих реакции карбоксилирования. Он ковалентно связан через аминогруппу остатка лизина с ферментом. Биотин реагирует с гидрокарбонат-ионом (НСО₃^-) в присутствии АТФ с образованием N-карбоксибиотина (стр.21). Эта активная форма диоксида углерода переносит далее карбоксильную группу на акцептор.

Биотин широко распространен в природе. Особенно им богаты печень, почки, яичный желток, зерна ржи и цветная капуста. Недостаток биотина в организме вызывает шелушение кожи, пепельную бледность лица, мышечные боли, облысение. В медицине его применяют при церрозе печени, сахарном диабете и в дерматологической практике.

Биотин синтезируется микрофлорой кишечника, в связи с чем в нормальных условиях дефицита биотина не наблюдается. Следует иметь в виду, что в сыром яичном белке находится гликопептид авидин, который связывает биотин в нерастворимый комплекс и нарушает его всасывание из кишечника.

Биотин является исключительно высокоактивным стимулятором роста дрожжей, при изучении роста которых он и был открыт.

Группа витамина РР (от «preventive pellagra» - предупреждающий пеллагру) представлена двумя лекарственными препаратами: никотиновой кислотой и её амидом (никотинамид). Никотиновая кислота и её амид используются организмом для синтеза важнейших растворимых коферментов – никотинамидадениндинуклеотида (НАД⁺) и никотинамидадениндинуклеотид-фосфата (НАДФ⁺) (табл.2, стр.13).

Витамин РР обладает не только противопеллагрическим действием; он улучшает углеводный обмен, действует положительно при диабете, заболеваниях печени, сердца, язве желудка, вяло заживающих ранах и язвах, оказывает сосудорасширяюшее действие.

Витамин U (метилметионинсульфония хлорид) представляет собой активированную форму метионина (табл.1.) Он участвует в реакциях метилирования биогенных аминов. Например, метилируя гистамин, витамин U превращает его в неактивный N-метилгистамин, что способствует уменьшению желудочной секреции и обуславливает обезболивающий эффект.

Применяют витамин U при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, хроническом гастрите.

Липоевая кислота и ее амид,взаимодействуя с аминогруппой остатка лизина молекулы фермента, связываются с ним с ковалентной амидной связью, образуя так называемую «липоамидную ручку». Дисульфидный мостик «липоамидной ручки» выполняет функцию окислительно-восстановительного центра. Липоамид является простетической группой всех мультиферментных комплексов (ПДГ, ОДГ и др.), осуществляющих окислительное декарбоксилирование 2-кетокислот.

Липоевая кислота и липоамид (табл.1.) выпускаются в качестве лекарственных средств, которые применяются в комплексной терапии коронарного атеросклероза, заболеваний печени и различных интоксикаций.

Группа витамина А представлена тремя природными соединениями: А₁ - ретинол, А₂ - ретиналь, А₃ - ретиноевая кислота (табл.1.), каждое из которых играет в организме свою роль.

В организме витамины А₁ и А₂ легко превращаются друг в друга, и в конечном итоге в ретиноевую кислоту. Ретинол таким образом является предшественником ретиналя и ретиноевой кислоты. Ретинол в организме образуется при окислительном расщеплении провитамина - β-каротина, содержащегося в свежих овощах и фруктах.

Ретиналь и ретиноевая кислота содержатся в продуктах животного происхождения. В связи с тем, что ретинол легко окисляется на воздухе его выпускают в виде эфиров с уксусной и пальмитиновой кислотами (лекарственные препараты - ретинола ацетат и ретинола пальмитат).

Основные функции витаминов группы А приведены в табл.4. Ретиналь частично изомеризуется в организме в 11- цис -ретиналь, который взаимодействуя с аминогруппой остатка лизина белка опсина, образует светочувствительный хромопептид родопсин.

Под действием света остаток 11- цис -ретиналя родопсина изомеризуется в транс -форму, что сопровождается изменением конформации родопсина и в конечном итоге генерацией электрического импульса, что воспринимается как зрительное восприятие.

При недостатке витамина А развиваются ксерофтальмия (сухость роговой оболочки глаз) и куриная слепота (плохое зрение в сумерках). Авитаминоз А сопровождается появлением сухости и шероховатости кожи и слизистых оболочек (нарушается дифференцировка клеток и их рост). Передозировка витамина А вызывает гипервитаминоз А.

Группа витамина D (кальциферолы) представлена двумя природными соединениями (витамины D₂ и D₃) и несколькими близкими к ним по строению синтетическими производными (D₄, D₅, D₆, D₇), которые однако не нашли практического применения. Первый представитель витаминов группы D (витамин D₁) оказался смесью двух витаминов D₂ и D₃, поэтому термин D₁ в настоящее время не употребляется. Практическое применение нашли витамины D₂ (эргокальциферол) и D₃ (холекальциферол) (табл.1.).

При гидроксилировании в печени и почках холекальциферол образует гормон кальцитриол, который вместе с другими гормонами - кальцитонином и паратгормоном, принимает участие в регуляции метаболизма кальция.

Витамины D₂ и D₃ образуются из присутствующих в коже человека и животных 7-дегидрохолестерина и эргостерина при ультрафиолетовом облучении. Если УФ-облучение недостаточно или витамин D отсутствует в пищевых продуктах, возникает D-гиповитаминоз. Основное следствие недостаточности витамина D – нарушение минерализации костной ткани (рахит у детей, остеомаляция, т.е. размягчение костей, у взрослых).

Кроме лечения и профилактики рахита, кальциферолы применяют для лечения заболеваний кожи и слизистых оболочек. Кальциферолы применяют также в зоотехнической практике для предупреждения рахита у цыплят, пососят, телят и другого молодняка.

Витамины D₂ и D₃ высокотоксичны. Они вызывают развитие D-гипервитаминоза, характеризующегося кальцификацией внутренних органов и тканей, что ведет к необратимым нарушениям их функций и в наиболее тяжелых случаях – к летальному исходу.

Витамины группы Е (токоферолы) представляют собой группу близких по строению производых хромана, включающую в себя 7 соединений, общая формула которых приведена ниже.

Токоферолы (витамин Е)

Название	R1	R2	R3
α-токоферол	СН3	СН3	СН3
β-токоферол	СН3	Н	СН3
γ-токоферол	Н	СН3	СН3
ζ-токоферол	СН3	СН3	Н
δ-токоферол	Н	Н	СН3
ε-токоферол	СН3	Н	Н
η-токоферол	Н	СН3	Н

 

Все эти токоферолы выделены из растений и все они обладают Е-витаминной активностью. В медицинской практике применяется наиболее активный из токоферолов α-токоферол. Его получают синтетическим путем.и выпускают в форме ацетата.

В организме витамин Е выполняет функцию антиоксиданта. Его антиоксидантные свойства основаны на способности образовывать устойчивые малореакционноспособные свободные радикалы в результате отщепления атома водорода от гидроксильной группы при взаимодействии с активными радикалами. Эти малореакционноспособные радикалы далее вступают во взаимодействие с активными свободными радикалами, образующимися при окислении веществ кислородом (рекомбинация радикалов). Например, при окислении α-аминокислот кислородом образуется перекись водорода, которая легко распадается на два активных гидроксильных радикала. Гидроксильные радикалы, реагируя с различными метаболитами, нарушают протекание нормальных реакций в клетке и генерируют другие активные радикалы (R·). Таким образом развивается цепная радикальная реакция, что приводит к нарушению метаболизма.

Витамин Е является своеобразной «ловушкой» для активных радикалов, он легко реагирует с ними, образуя малоактивный радикал, который далее рекомбинирует и таким образом цепной радикальный процесс обрывается.

Витамин Е находится главным образом в мембранах клеток и субклеточных органелл и благодаря своим свойствам дезактивировать активные радикалы, предотвращает окисление ненасыщенных липидов мембран, защищая их от разрушения. Кроме этого он участвует в синтезе гема и белков, пролиферации клеток, в тканевом дыхании и других процессах клеточного метаболизма.

При недостатке витамина Е наблюдаются дегенеративные изменения в скелетных мыщцах, мышце сердца, нервных окончаниях и печени. Наблюдается также повышение ломкости капилляров и перерождение эпителия семенных канальцев и яичек.

Витамины группы К – противогеморрагические витамины способствуют нормальному свертыванию крови. В природе существуют две формы витамина К: К₁ (филлохинон) и К₂ (менахиноны) (табл.1.). Все они являются 3-замещенными производными 2-метил-1,4-нафтохинона.

Филлохинон синтезируется растениями и содержится в листьях шпината, цветной капусты, плодах шиповника, зеленых томатах и других зеленых овощах. Менахиноны синтезируются кишечной микрофлорой человека, а также печенью животных. Менадион (К₃) является синтетическим аналогом природных витаминов К.

В нашей стране применяется в медицинской практике водорастворимая форма менадиона – викасол. Викасол представляет собой бисульфитное производное менадиона. Менадион и викасол проявляют К-витаминную активность.

Витамин К является коферментом, принимающим участие в карбоксилиро-вании остатков глутаминовой кислоты белков плазмы крови, что является необходимым этапом процесса свертывания крови.

Общими показаниями к применению витамина К в лечебных и профилактических целях являются патологические состояния, сопровождающиеся геморрагическим синдромом и пониженным содержанием протромбина в крови.