Материал: Биомолекулы. свойства, роль в биохимии человека, технологии получения. Хорохордина Е.А., Рудаков О.Б

Водорастворимые витамины

Необходимость для здоровья и жизни особых веществ доказал в 1881 г. русский врач Николай Иванович Лунин (1853-1937). Он длительное время кор­мил мышей смесью выделенных из молока чистых белков, жиров и углеводов с добавлением минеральных солей и воды. Мыши в конце концов заболевали и погибали, в то время как животные, получавшие цельное молоко, нормально развивались. Лунин пришел к заключению, что для поддержания нормального физиологического состояния организма необходимы какие-то неизвестные вещества, содержащиеся в молоке и отсутствующие в искусственной пищевой смеси.

Дело Лунина продолжил польский ученый Казимир Функ, который в 1912 г. получил в чистом виде из рисовых отрубей вещество (тиамин), излечивающее от бери-бери, и назвал его витамином (от лат. vita - жизнь). С тех пор было открыто более 30 витаминов, а сам термин «витамины» получил широкое распространение и упрочился в науке. Функ впервые использовал и термин «авитаминоз».

Витамины группы В – водорастворимые органические соединения, имеющие некоторое сходство в свойствах, распределении в природных источниках и физиологическом действии. В ходе изучения витаминов оказалось, что витамин В в действительности является группой из 15 разных веществ, которые были обозначены следующим образом: В_1, В₂, В₃, В₄, В₅, B₆ и так далее. Некоторые из них имеют значение лишь для некоторых животных, но практически не существенны для человека. Витамины группы В играют чрезвычайно важную роль в обмене веществ. Они участвуют в необходимых для синтеза энергии реакциях окисления пи­тательных веществ.

Витамин В₁, или тиамин, входит в состав кофермента кокарбоксилазы и таким образом участвует в процессах обмена углеводов, белков и жиров. При авитаминозе развивается заболевание бери-бери, при котором поражаются нервная и сердечно­сосудистая системы. Суточная потребность в витамине 1,4-2,4 мг. Основные источники тиамина: дрожжи, рисовые и мучные отруби, орехи, гречиха, соя, ржаная мука, яичный желток, свинина.

Витамин В₃ – пантотеновая кислота, антидерматитный. В природе в свободном виде встречается в редких случаях. Обычно является составной частью кофермента А, играет важную роль в углеводном и жировом обмене.

Наиболее богаты пантотеновой кислотой следующие продукты: печень, почки, яичный желток, молоко, рыба, горох, дрожжи, свежие фрукты, капуста, картофель. Витамин В₃ синтезируется микрофлорой кишечника.

Недостаток его вызывает задержку роста, поражения кожи, нарушение деятельности нервной системы и желудочно-кишечного тракта. Является фактором роста некоторых молочнокислых бактерий. Суточная потребность: 10 мг.

Витамин B₆ не способен накапливаться в организме и должен равномерно поступать с пищей. Витамин В₆, или пиридоксин, в организме превращается в кофермент пиридоксальфосфат, участвующий в реакциях синтеза и расщепления аминокислот. В₆ содержится в большинстве продуктов питания, основные его источники: мясо, яичные желтки, рыба, молоко, овощи, зерновые. Кроме того, он синтезируется микрофлорой кишечника. Суточная потребность в витамине В₆ невелика: 1,6-1,8 мг, поэтому его дефицит в организме возникает крайне редко, главным образом при нарушениях процессов всасывания в желудочно-кишечном тракте при дисбактериозе. При авитаминозе могут развиваться судороги и анемия.

Витамин В₁₂, или цианкобаламин, участвует в метаболизме нуклеиновых кислот и биосинтезе метионина, влияет на углеводный и жировой обмен. При авитаминозе В₁₂ развивается пернициозная (злокачественная) анемия. Суточная потребность в витамине В₁₂: 2-5 мкг. В растительной пище он отсутствует. Основные его источники – печень и мясо. На кроветворение влияет также фолиевая кислота (витамин В₉), которая участвует в синтезе нуклеиновых кислот. Оба эти витамина синтезируются микрофлорой кишечника, и их недостаток может развиваться вследствие нарушения всасывания в желудочно-кишечном тракте и при дисбактериозе. Суточная потребность в фолиевой кислоте: 0,2-0,4 мг. Основные источники: зеленые овощи, зерновые, дрожжи, печень, мясо, молоко, яйца.

В состав дыхательных ферментов флавопротеидов входит витамин В₂, или ри­бофлавин. Он важен для роста и развития, особенно плода и ребенка. Рибофлавин в больших количествах содержится в дрожжах, отрубях и зерновых злаках, шпинате, яйцах, печени. Суточная потребность: 2-3 мг.

Витамин С, или аскорбиновая кислота, участвует в окислительно-вос­становительных процессах клеточного дыхания. Второе название этого вещества означает «антискорбутный» витамин, так как именно это вещество оказалось способным излечивать моряков от страшного заболевания – цинги, или скорбута. Витамин С необходим для нормального обмена веществ, повышает сопротивляемость организма инфекционным заболеваниям и стрессам. Многие животные умеют сами синтезировать витамин С, однако человек и обезьяны должны получать его с пищей. Большое количество витамина С содержится в свежих овощах и фруктах: лимонах, плодах шиповника, красном перце, черной смородине, зеленом луке. В период кормления ребенка грудью молоко матери полностью обеспечивает его витамином С. Следует помнить, что витамин С разрушается при длительном кипячении. Суточная потребность составляет 75–100 мг, однако при инфекционных заболеваниях, болез­нях органов дыхания необходимы суточные дозы выше 150 мг.

Жирорастворимые витамины

Благодаря относительно низкой полярности витамины A, D, Е и К в больших количествах содержатся в жиросодержащих продуктах, таких как яйца, молоко, сливочное и растительное масло, печень. Некоторые из них образуются в организме из провитаминов, а при избыточном по­ступлении могут накапливаться в организме и приводить к гипервитаминозам.

К жирорастворимым витаминам относятся витамины A, D, Е, К. Иногда к ним причисляют незаменимые жирные кислоты — так называемый витамин F. Жирора­створимые витамины участвуют во многих биологических процессах, но не игра­ют (кроме витамина К) роль коферментов.

Витамин А. Еще в Древнем Египте была известна болезнь «куриная слепота» (гемералопия) - ослабление зрения в сумерки. Спустя 1000 лет Гиппократ советовал лечить эту болезнь бычьей печенью с медом. В 1931 г. швейцарский химик П. Каррер и шведский биохимик X. Эйлер-Хельпин установили формулу витамина А. Этот витамин образуется в организме из желтого растительного пигмента – бета-каротина, который является провитамином. Поэтому полезно включать в рацион питания желтые, оранжевые и красные фрукты и овощи. Витамин А необходим для нормального функционирования эпителиальных тка­ней (в том числе слизистых оболочек), а также нервной и костной тканей. При его недостатке тормозится рост (отсюда «витамин роста»), развивается ксерофтальмия – сухость глаз. Витамин А крайне важен для зрения, так как входит в состав зрительного пигмента родопсина. Благодаря своей роли в деятельности сетчатки витамин А получил название «ретинол» (от лат. retina - сетчатка). Основные источники витамина А: рыбий жир, печень, сливочное масло, яичный желток, молоко. Богаты каротином морковь, томаты, красный перец, желтая репа, шпинат и др. Особенно важен ретинол для новорожденных и беременных (до 3 мг в сутки). Суточная потребность в витамине А взрослых невелика: 1-1,5 мг и покрывается за счет растительной пищи. При избыточном потреблении витамин способен скапливаться в печени в количестве, обеспечивающем потребности организма в течение 2 лет.

Витамин D. Заболевание детей рахитом известно с древности (впервые описано в литературе в 1650 г.), с конца XIII в. известно, что его можно лечить жиром из печени рыб. Витамин D – это группа сходных по структуре веществ (D₂, D₃, ...D₇), получивших общее название кальциферолы. Кальциферолы образуются из полициклических спиртов – стеринов и по химической структуре родственны стероидным гормонам. Важнейшие из них – эргокальциферол (витамин D₂) и холекальциферол (витамин D₃). Холекальциферол образуется в коже человека из промежуточного продукта биосинтеза холестерина – провитамина 7 – дегидрохолестерина.

Биохимическая функция витамина D поддерживает фосфорно-кальциевый обмен. Нормальное соотношение фосфора и кальция должно быть 2:1, при другом соотношении развивается рахит.

Недостаток этого витамина приводит к нарушению у человека кальциевого и фосфорного обмена. Кости становится мягкими и пластичными, что приводит к их деформации, у детей развивается рахит, проявляющийся в искривлении ног и грудной клетки, а у взрослых – кариес зубов, появляются боли в костях, хромота, утиная походка, вялость, утомляемость, возникают частые переломы, трудно заживающие.

Витамин D содержится в яичном желтке, рыбьем жире, печени рыб, коровьем масле, сметане. У человека он синтезируется в подкожной клетчатке под действием УФ-лучей.

Суточная потребность в витамине D для детей колеблется от 12 до 25 мкг, для взрослого – 10 мкг. При достаточном и регулярном действии УФ-лучей организм человека почти полностью обеспечивается витамином D за счет фотохимического синтеза в коже.

Витамин Е (токофеорол с греч. «токос» - потомство, «феро» - нести) – антиоксидант, существует в виде четырех изомеров: -, -, - и -токоферолов.

Биохимическая функция участвует в обмене белков, углеводов, жиров, а также некоторых микроэлементов (цинка, кобальта, кальция и др.). Витамин Е – сильный биологический антиокислитель. Его используют как антиокислитель для предотвращения окисления и прогоркания растительных масел.

Недостаток витамина Е вызывает серьезные нарушения обмена веществ. Гиповитаминоз проявляется в мышечной слабости и гипотонии вплоть до мышечной дистрофии; возникают бесплодие, некроз печени, склонности к самопроизвольным абортам.

Витамин Е содержится в растительных маслах, салате, капусте, в зародышах зерновых, в ядрах, семенах плодов шиповника и яблок. Суточная потребность взрослого человека в витамине Е – 10-25 мг.

Витамин К антигеморрагический, принимает участие в активации ферментов, отвечающих за свертывание крови. Он представляет собой вязкую желтую жидкость; неустойчив к воздействию кислот, растворов щелочей, кислорода и УФ-лучей.

Недостаточность витамина К сопровождается кровотечением десен, носа, в желудочно-кишечном тракте, подкожном кровоизлиянии (плохое свертывание крови). Человек редко испытывает недостаток в этом витамине, т.к. он синтезируется микрофлорой кишечника.

Находится в листьях люцерны, в гниющих рыбных продуктах. Из пищевых продуктов витамином К богаты шпинат (0,04 мг/г сухой массы), цветная и белокочанная капуста (0,01-0,03 мг/г), томаты (0,004-0,006 мг/г). У животных содержится только в печени свиньи.

Суточная потребность взрослого человека в этом витамине составляет 0,2-0,3 мг.

Авитаминозы

Для более точного определения витаминной недостаточности к слову «авитаминозы» добавляют обозначение витаминов, например авитаминозы А, В₁, С, D, Е, К, РР и др. При частичной недостаточности или повышенной потребности в витаминах наблюдаются функциональные расстройства в сглаженных формах – гиповитаминозы. При недостаточности одного витамина развивается моноавитаминоз или моногиповитаминоз; чаще встречается од­новременная недостаточность нескольких витаминов – полиавитаминоз или полигиповитаминоз.

Гипервитаминоз – острое расстройство в результате интоксикации сверхвысокой дозой одного или нескольких витаминов (содержащихся в пище или витаминсодержащих лекарствах). Чаще всего гипервитаминозы вызываются приёмом резко повышенных доз витаминов А и D. Лечение производится отменой приёма витаминов, обильным питьём.

Для нормальной жизнедеятельности необходим определенный каче­ственный и количественный набор витаминов, которые поступают в организм с пищей или синтезируются бактериями кишечника. Различают экзогенную и эндогенную недостаточность. Экзогенная, или алиментарная (от лат. alimentum - пища, питание), связана с малым содержанием или отсутствием витаминов в пище. Чаще всего эта форма обусловлена неправильным хранением продуктов и грубыми нарушениями правил кулинарной обработки пищи, что приводит к разрушению большей части витаминов. Нарушения витаминного обмена в этом случае обратимы: они устраняются витаминизацией пищи.

Эндогенные гиповитаминозы обусловлены несколькими причинами. Среди них заболевания, приводящие к повышенному разрушению витаминов в желудочно-кишечном тракте, нарушению их всасывания, подавлению их синтеза в кишечнике. Это наблюдается при гельминтозах, некоторых заболеваниях печени, а также длительном применении лекарственных препаратов, являющихся антивитаминами: сульфаниламидов, некоторых антибиотиков и др. Вторая – нарушение внутреннего обмена между витаминами и продуктами расщепления белков, жиров и углеводов, приводящее к повышенной потребности организма в витаминах, например при инфекциях и токсикозах. Эта регуляция достаточно тонкая и взаимосвязанная. Если с пищей поступает мало белка, витамины плохо усваиваются организмом. Если белка много – тоже нехорошо, так как для его расщепления требуется много витамина B₆, играющего большую роль в регуляции обмена аминокислот. При большом содержании жира в пище снижается синтез витамина В₂ в тонком кишечнике. При употреблении большого количества углеводов необходимо большое количество витамина В₁.

Между витаминами наблюдаются тес­ная взаимосвязь и условный антагонизм (противостояние). Избыток витамина В₆ вызывает активное выделение с мочой не только его, но и витаминов B₁ и В₂. Взаимодействие витаминов проявляется лишь при их оптимальном сочетании. Например, если нарушен обмен или недостаточно поступление витамина А, то в организме будет недостаток не только этого витамина, но и витаминов Е, С, В₁₂ и фолиевой кислоты. Так как устойчивость и приспособительные возможности организма человека довольно велики, авитаминозы и гиповитаминозы развиваются постепенно, поэтому клинические признаки выявляются не сразу.