Для каталитической активности многих ферментов требуются те или иные кофакторы небелковой природы. Такими кофакторами могут быть органические соединения (в этом случае их называют коферментами) или какие-либо неорганические вещества, например металлы (в форме ионов). У одних ферментов кофакторы непосредственно участвуют в каталитическом процессе, у других же они выполняют функцию промежуточных переносчиков определенных функциональных групп от молекул субстрата к ферменту. Хотя такие кофакторы присутствуют в клетках в крайне незначительных количествах, они необходимы для действия многих ферментов и потому играют жизненно важную роль в метаболизме клетки.

Предшественниками многих коферментов служат витамины – органические соединения, которые в малых количествах должны обязательно присутствовать в пище людей и большинства животных для поддержания нормального развития и жизнедеятельности организма.

Витаминами называют незаменимые низкомолекулярные органические вещества, поступающие в организм с пищей извне и участвующие в регуляции биохимических процессов на уровне ферментов. Витамины не являются пластическим материалом и не расходуются в качестве источников энергии.

Поскольку суточная потребность человека в витаминах составляет лишь незначительные их количества (порядка миллиграммов или даже микрограммов), витамины можно назвать микрокомпонентами пищи. В отличие от них макрокомпоненты – углеводы, белки и жиры – должны входить в пищевой рацион человека в больших количествах, так как суточная потребность в них исчисляется сотнями или по меньшей мере десятками граммов. Это объясняется тем, что основные пищевые вещества используются в организме в качестве источников энергии и сырья для получения органических предшественников многих клеточных компонентов, а также для того, чтобы обеспечить аминокислотами биосинтез белков. Витамины же, напротив, нужны лишь в малых количествах, потому что они играют роль катализаторов в различных химических превращениях макрокомпонентов пищи – превращениях, которые в совокупности называются обменом веществ или метаболизмом. Подобно ферментам, витамины присутствуют в тканях в очень низких концентрациях.

В настоящее время известно 13 различных витаминов, которые вместе с основными питательными веществами – углеводами, белками и жирами – должны содержаться в пищевом рационе людей и животных многих видов, чтобы обеспечить нормальный рост и жизнедеятельность организма. При этом некоторые организмы не способны синтезировать те или иные витамины, и потому должны получать их из внешних источников.

Витамины классифицируются на:

• жирорастворимые: A, D, E, K.

• водорастворимые: тиамин (витамин В₁), рибофлавин (витамин В₂), никотиновая кислота, витамин Р (рутин), пиродоксин (витамин В₆), биотин, фолиевая кислота, витамин В₁₂ и аскорбиновая кислота (витамин С).

Жирорастворимые витамины, их биологическая роль.

Витамин А (антиксерофтальмический) – ретинол, химическая структура которого представлена -иононовым кольцом и двумя остатками изопрена; потребность его в организме составляет 2,5 – 3,0 мг в сутки.

Основными источниками витамина А в пище является печень, яичный желток и рыбий жир, провитамина А – морковь, томаты.

Выделены два вида витамина А: витамин А₁ – из печени морских рыб и А₂ – из печени пресноводных рыб.

Ретинол (а1)

Отличия в строении Ретинола (а1) и Ретинола2 (а2)

Ретинол и ретиналь участвует в работе родопсиновой фоторецепторной системы (млекопитающие, птицы, амфибии, морские рыбы), а ретинол₂ и ретиналь₂ – порфиропсиновой фоторецепторной системе (пресноводные рыбы).

Из каротина, содержащегося в растениях и овощах образуется витамин А₂.

Каротины

γ-каротин

α-каротин

β-каротин

Витамин А накапливается в печени. В плазме крови здоровых людей содержание его равно в среднем 50 мкг в 100 мл плазмы. Ретинол транспортируется, соединяясь с ₁-глобулинами и с альбуминами.

Витамин А участвует в процессах зрения, входя в состав родопсина, обусловливающего сумеречное зрение, участвует в окислительно-восстановительных реакциях в организме, изменяет проницаемость мембран клеток и тканей, усиливает биосинтез гликопротеинов мембран клеток.

Гипо- и авитаминоз витамина А выражается отсутствием сумеречного зрения («куриная слепота»), сухость кожи и слизистых, что может приводить в дальнейшем к кератомаляции.

Витамины D (антирахитические) по химической природе представляют собой кальциферол (D₂) и холекальциферол (D₃) (производные циклопентанпергидрофенантрена), суточная потребность которых в организме человека составляет 0,025 мг. Выделеный на ранних этапах витамин D₁ при более детальном изучении оказался смесью кальциферолов и других стеринов. В настоящее время термин не используется.

Из витамина D₃ под действием 25-гидроксилазы (в печени) и 1-гидроксилазы (в почках) синтезируется гормон кальцитриол, регулирующий обмен кальция и фосфора в организме.

Витамин D₃ образуется в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей из холестерина и поступает с рыбьим жиром, сливочным маслом, желтком яиц, печенью.

Кальциферол (d2) и холекальциферол (d3)

Витамин D₃ регулирует обмен кальция и фосфора в организме, участвуя в биосинтезе кальций-связывающего белка в слизистой желудочно-кишечного тракта, тем самым способствуя всасыванию ионов кальция и фосфора из пищи.

Гипо- и авитаминоз витамина D₃: в детском возрасте – рахит, у взрослых – снижение ионов кальция в крови, что приводит к:

1. повышению нервно-мышечной возбудимости,

2. инактивации кальций-зависимых ферментов,

3. нарушению свертывания крови,

4. остеомаляция.

Витамин Е (антистерильный) по химической природе представляет собой -, -, -, -токоферолы, суточная потребность которого в организме составляет 5 мг.

Источники: растительные масла (подсолнечное, кукурузное и др.), семена злаков, капуста, мясо, сливочное масло, яичный желток.

Витамин Е влияет на репродуктивную функцию и обмен селена в организме, выполняет антиоксидантную роль, защищая мембраны от перекисного окисления липидов, предотвращая тем самым гемолиз эритроцитов.

Гипо- и авитаминоз Е: у детей – гемолитическая желтуха, у взрослых – дегенеративные процессы в репродуктивных органах, выкидыши у беременных, жировая дегенерация печени и дистрофические изменения в скелетных мышцах.

α-токоферол

Витамин К (антигеморрагический) по химической природе представляет собой производное нафтохинонов, суточная потребность которого в организме составляет 1 мг.

Источники: капуста, ягоды рябины, арахисовое масло, тыква, томаты, печень свиньи.