витамины

1. Понятие витаминов, их биологическое значение. Классификация витаминов по химическим свойствам и функциональному значению.

Витами́ны — группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи. Автотрофные организмы также нуждаются в витаминах, получая их либо путём синтеза, либо из окружающей среды. Так, витамины входят в состав питательных сред для выращивания организмов фитопланктона. Большинство витаминов являются коферментами или их предшественниками.

Витамины содержатся в пище (или в окружающей среде) в очень малых количествах и поэтому относятся к микронутриентам. К витаминам не относят микроэлементы и незаменимые аминокислоты.

Витамины выполняют каталитическую функцию в составе активных центров разнообразных ферментов, а также могут участвовать в гуморальной регуляции в качестве экзогенных прогормонов и гормонов. Несмотря на исключительную важность витаминов в обмене веществ, они не являются ни источником энергии для организма (не обладают калорийностью), ни структурными компонентами тканей.

Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении витаминов в организме наступают характерные и опасные патологические изменения.

Большинство витаминов не синтезируются в организме человека, поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминно-минеральных комплексов и пищевых добавок. Исключения составляют витамин D, который образуется в коже человека под действием ультрафиолетового света; витамин A, который может синтезироваться из предшественников, поступающих в организм с пищей; и ниацин, предшественником которого является аминокислота триптофан. Кроме

того, витамины K и В обычно синтезируются в достаточных количествах бактериальной

3

микрофлорой толстой кишки человека.

С нарушением поступления витаминов в организм связаны 3 принципиальных патологических состояния: отсутствие витамина — авитаминоз, недостаток витамина — гиповитаминоз, и избыток витамина — гипервитаминоз.

На 2012 год 13 веществ (или групп веществ) признано витаминами. Ещё несколько веществ, например карнитин и инозитол, находятся на рассмотрении. Исходя из растворимости, витамины делят на жирорастворимые — A, D, E, K, и водорастворимые — C и витамины группы B. Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причём местом их накопления являются жировая ткань и печень. Водорастворимые витамины в существенных количествах не запасаются и при избытке выводятся с водой. Это объясняет бо́льшую распространённость гиповитаминозов водорастворимых витаминов и гипервитаминозов жирорастворимых витаминов.

Витамины условно обозначаются буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E, H, K и т. д. Впоследствии выяснилось, что некоторые из них являются не самостоятельными веществами, а комплексом отдельных витаминов. Так, например, хорошо изучены витамины группы В. Названия витаминов по мере их изучения претерпевали изменения (данные об этом приводятся в таблице). Современные названия витаминов приняты в

1956 году Комиссией по номенклатуре биохимической секции Международного союза по чистой и прикладной химии.

Для некоторых витаминов установлено также определенное сходство физических свойств и физиологического действия на организм.

До настоящего времени классификация витаминов строилась, исходя из растворимости их в воде или жирах. Поэтому первую группу составляли водорастворимые витамины (C, P и вся группа B), а вторую — жирорастворимые витамины — липовитамины (A, D, E, K).

Однако ещё в 1942—1943 годах академик А. В. Палладин синтезировал водорастворимый аналог витамина К — менадион. А за последнее время получены водорастворимые препараты и других витаминов этой группы. Таким образом, деление витаминов на водо- и жирорастворимые до некоторой степени теряет своё значение.

2. Классификация витаминов. В чем функциональное различие водорастворимых и жирорастворимых витаминов? Нарушения обмена витаминов в организме.

По химическому строению и физико-химическим свойствам (в частности, по растворимости) витамины делят на 2 группы.

А. Водорастворимые

Витамин В1 (тиамин); Витамин В2 (рибофлавин);

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, витамин В3);

Пантотеновая кислота (витамин В5);

Витамин В6 (пиридоксин); Биотин (витамин Н);

Фолиевая кислота (витамин Вс, В9);

Витамин В (кобаламин);

12

Витамин С (аскорбиновая кислота); Витамин Р (биофлавоноиды).

Б. Жирорастворимые

Витамин А (ретинол);

Витамин D (холекальциферол); Витамин Е (токоферол); Витамин К (филлохинон).

Водорастворимые витамины при их избыточном поступлении в организм, будучи хорошо растворимыми в воде, быстро выводятся из организма.

Жирорастворимые витамины хорошо растворимы в жирах и легко накапливаются в организме при их избыточном поступлении с пищей. Их накопление в организме может вызвать расстройство обиена веществ, называемое гипервитаминозом, и даже гибель организма.

ТИПОВЫЕ ФОРМЫ НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ВИТАМИНОВ

Основные формы нарушения обмена витаминов: авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы и дисвитаминозы.

Авитаминозы

Авитаминозы - патологические состояния, развивающиеся вследствие отсутствия в организме витамина или невозможности реализации его эффектов.

Причины авитаминозов:

♦Отсутствие витамина в пище.

♦Нарушение всасывания витаминов в кишечнике.

♦Нарушение транспорта витаминов в ткани и органы.

♦Расстройства механизмов реализации эффектов витаминов (отсутствие или снижение чувствительности рецепторов к ним, дефицит субстратов, ферментов и других компонентов их эффекторного механизма).

Гиповитаминозы

Гиповитаминоз - патологическое состояние, возникающее в результате снижения содержания или недостаточности эффектов витамина в организме.

По происхождению выделяют экзогенные (первичные) и эндогенные (вторичные) гиповитаминозы.

Экзогенные гиповитаминозы развиваются вследствие недостаточного поступления в организм одного или, чаще, нескольких витаминов с пищей. Для экзогенных гиповитаминозов характерны сезонный характер и латентное течение.

• Эндогенные гиповитаминозы подразделяют на приобретённые, наследственные и врождённые. Причины приобретённых гиповитаминозов.

♦Недостаточное содержание витаминов в пище.

♦Нарушения пищеварения и всасывания витаминов в желудке и кишечнике.

♦Повышенная потребность в витаминах при выполнении тяжёлых физических нагрузок или при некоторых заболеваниях (например, при тиреотоксикозе).

♦Расстройство доставки витаминов к тканям и органам. Чаще всего это является результатом дефицита или дефекта структуры транспортных белков вследствие патологии печени (большинство этих белков синтезируют гепатоциты).

♦Расстройства взаимодействия витамина или комплекса «транспортный

белок-витамин» с соответствующими рецепторами клеток.

♦ Нарушения внутриклеточного метаболизма и реализации эффектов витаминов (например, трансформации витамина в кофермент или активную форму).

• Наследственные и врождённые формы гиповитаминозов чаще выявляют у детей. К настоящему времени описаны наследуемые и врождённые формы нарушения обмена

всех жирорастворимых витаминов, а также витаминов B , B , B , B , фолиевой

1 2 6 12

кислоты, ниацина и биотина.

Гипервитаминозы

Гипервитаминоз - патологическое состояние, развивающееся в результате повышенного содержания витамина в организме.

Причина: повышенное поступление витаминов в организм.

Наиболее тяжело протекают гипервитаминозы, вызываемые жирорастворимыми витаминами A и D. Из водорастворимых витаминов выраженные токсические эффекты оказывают витамин B1 и фолиевая кислота, вводимые в больших дозах.

Дисвитаминозы

Дисвитаминозы - патологические состояния, развивающиеся в результате гиповитаминоза одного либо нескольких витаминов в сочетании с гипервитаминозом другого либо совокупности других витаминов.

Причины дисвитаминозов:

♦несбалансированное поступление витаминов в организм;

♦необоснованный приём препаратов отдельных витаминов при коррекции гиповитаминозов.

3. Понятие о а-, гипо- и гипервитаминозах. Приведите примеры. Причины а- и гиповитаминозов.

Авитаминозы - патологические состояния, развивающиеся вследствие отсутствия в организме витамина или невозможности реализации его эффектов.

Причины авитаминозов:

♦Отсутствие витамина в пище.

♦Нарушение всасывания витаминов в кишечнике.

♦Нарушение транспорта витаминов в ткани и органы.

♦Расстройства механизмов реализации эффектов витаминов (отсутствие или снижение чувствительности рецепторов к ним, дефицит субстратов, ферментов и других компонентов их эффекторного механизма).

Гиповитаминоз - патологическое состояние, возникающее в результате снижения содержания или недостаточности эффектов витамина в организме.

По происхождению выделяют экзогенные (первичные) и эндогенные (вторичные) гиповитаминозы.

Экзогенные гиповитаминозы развиваются вследствие недостаточного поступления в организм одного или, чаще, нескольких витаминов с пищей. Для экзогенных гиповитаминозов характерны сезонный характер и латентное течение.

• Эндогенные гиповитаминозы подразделяют на приобретённые, наследственные и врождённые. Причины приобретённых гиповитаминозов.

♦Недостаточное содержание витаминов в пище.

♦Нарушения пищеварения и всасывания витаминов в желудке и кишечнике.

♦Повышенная потребность в витаминах при выполнении тяжёлых физических нагрузок или при некоторых заболеваниях (например, при тиреотоксикозе).

♦Расстройство доставки витаминов к тканям и органам. Чаще всего это является результатом дефицита или дефекта структуры транспортных белков вследствие патологии печени (большинство этих белков синтезируют гепатоциты).

♦Расстройства взаимодействия витамина или комплекса «транспортный белок-витамин» с соответствующими рецепторами клеток.

♦Нарушения внутриклеточного метаболизма и реализации эффектов витаминов (например, трансформации витамина в кофермент или активную форму).

• Наследственные и врождённые формы гиповитаминозов чаще выявляют у детей. К настоящему времени описаны наследуемые и врождённые формы нарушения обмена

всех жирорастворимых витаминов, а также витаминов B , B , B , B , фолиевой

1 2 6 12

кислоты, ниацина и биотина.

Гипервитаминоз - патологическое состояние, развивающееся в результате повышенного содержания витамина в организме.

Причина: повышенное поступление витаминов в организм.

Наиболее тяжело протекают гипервитаминозы, вызываемые жирорастворимыми витаминами A и D. Из водорастворимых витаминов выраженные токсические эффекты оказывают витамин B1 и фолиевая кислота, вводимые в больших дозах.

Гиповитаминоз A

Известны две разновидности гиповитаминоза A: наследственная и приобретённая.

Наследственная форма - редкое явление - характеризуется нарушением процессов пролиферации и дифференцировки клеток, а также их деструкцией.

Приобретённые формы гиповитаминоза А встречаются относительно часто.

• Причины:

♦ Недостаточное содержание в продуктах питания витамина A и β-каротина.

♦ Нарушение их всасывания в ЖКТ (например, при недостатке жёлчных кислот). ♦ Нарушения транспорта витамина к клеткам.

• Проявления:

♦Гемералопия - сумеречная слепота.

♦Метаплазия эпителия воздухоносных путей (однослойный цилиндрический эпителий местами становится многослойным плоским).

♦Изменения эпидермиса (кожа становится сухой и шершавой; на разгибательных поверхностях преимущественно коленных и локтевых суставов появляется папулёзная сыпь, шелушение, избыточное ороговение эпителия).

♦Ксерофтальмия (сухость роговицы вследствие снижения секреции слезных желёз).

♦Снижение резистентности к микрофлоре, находящейся на слизистых оболочках, коже и роговой оболочке глаза; инфицирование и воспаление этих покровов.

♦Гипохромная анемия.

Гипервитаминоз A

• Причины

♦Передозировка препаратов этого витамина.

♦Избыточное употребление в пищу печени белого медведя, тюленя, кита, моржа, содержащей большое количество свободного витамина А.

• Проявления гипервитаминоза А: торможение процессов остео- и хондрогенеза, деструкция хрящевой и костной ткани, остеопороз и кальцификация органов, торможение протеосинтеза.

4. Витамин А: строение, суточная потребность, источники, активные формы в организме человека, биологическое значение. Биохимические превращения витамина А в организме человека. Значение витамина А для акта световосприятия. Проявления недостаточности витамина А в организме.

Витами́н A — группа близких по химическому строению веществ, которая включает

ретинол (витамин A , аксерофтол) и другие ретиноиды, обладающие сходной

1

биологической активностью: дегидроретинол (витамин A ), ретиналь (ретинен, альдегид

2

витамина A ) и ретиноевую кислоту. К провитаминам A относятся каротиноиды, которые

1

являются метаболическими предшественниками витамина A; наиболее важным среди них является β-каротин. Ретиноиды содержатся в продуктах животного происхождения, а каротиноиды — растительных. Все эти вещества хорошо растворимы в неполярных органических растворителях (например, в маслах) и плохо растворимы в воде. Витамин А депонируется в печени, может накапливаться в тканях. При передозировке проявляет токсичность.

Витамин А выполняет множество биохимически важных функций в организме человека и животных. Ретиналь является компонентом родопсина — основного зрительного пигмента. В форме ретиноевой кислоты витамин стимулирует рост и развитие. Ретинол является структурным компонентом клеточных мембран, обеспечивает антиоксидантную защиту

организма[2].

При недостатке витамина A развиваются различные поражения эпителия, ухудшается зрение, нарушается смачивание роговицы. Также наблюдается снижение иммунной функции и замедление роста.

Ретинол присутствует в продуктах животного и растительного происхождения, особенно много его в печени морских рыб и млекопитающих. Источником витамина для человека могут также быть каротины. Они нетоксичны в высоких дозах, но не могут полностью заменить ретинол, так как лишь ограниченное количество способно превратиться в витамин A. Наибольшее количество β-каротина содержится в различных сортах моркови, но его концентрация может резко варьироваться от сорта к сорту (от 8 до 25 мг на 100 г).

Хорошими источниками являются красный перец, зелёный лук, салат, тыква и томаты[2].

В среднем взрослому мужчине нужно 900 мкг, а женщине 700 мкг витамина A в сутки.

Верхний допустимый уровень потребления для взрослых — 3000 мкг в сутки[11].

Витамин A в форме ретиналя играет важную роль в зрении. 11-Цис-ретиналь связывается с белками опсинами, образуя пигменты пурпурно-красного цвета родопсин или один из трёх видов йодопсинов — основные зрительные пигменты, участвующие в создании

зрительного сигнала. Механизм образования зрительного сигнала (на примере родопсина)

таков[2]:

Квант света стимулирует родопсин.

Абсорбция света родопсином изомеризирует 11-цис-связь в ретинале в транс-связь. Такая транс-структура называется батородопсином (активированным родопсином). Транс-ретиналь имеет бледно-жёлтый оттенок, поэтому при освещении родопсин обесцвечивается.

При освобождении протона из батородопсина образуется метародопсин, гидролитический распад которого даёт опсин и транс-ретиналь. Фотохимическая цепь в батородопсине служит для активации G-белка, называемого трансдуцином. Трансдуцин активируется ГТФ.

Комплекс трансдуцин — ГДФ активирует специфическую фосфодиэстеразу, которая расщепляет цГМФ.

Падение внутриклеточной концентрации цГМФ вызывает каскад событий, приводящий к

+ 2+

генерации зрительного сигнала: перекрытие цГМФ-зависимых Na и Ca каналов → деполяризация мембраны → возникновение нервного импульса → преобразование импульса в зрительное восприятие в мозге.

Образование цис-ретиналя из транс-формы, катализируемое ретинальизомеразой, является медленным процессом, протекающим на свету. Оно лишь частично протекает в сетчатке, основное место синтеза — печень. В сетчатке под действием дегидрогеназы транс-ретиналь превращается в транс-ретинол, а затем поступает в кровь, где связывается с БСР и транспортируется в печень. Там ретинолизомераза превращает

+

транс-ретинол в цис-ретинол, а потом с помощью NAD -зависимой дегидрогеназы в цис-ретиналь, который затем поступает в сетчатку. Синтез родопсина из цис-ретиналя и опсина протекает в темноте. Полное восстановление родопсина у человека занимает около 30 минут.

Подобный процесс проходит и в колбочках. Сетчатка содержит три вида колбочек, каждый из которых содержит один из трёх видов йодопсина, поглощающих синий, зелёный и красный цвет. Все три пигмента тоже содержат 11-цис-ретиналь, но различаются по природе опсина. Некоторые формы цветовой слепоты (дальтонизм) вызваны врождённым отсутствием синтеза одного из трёх типов опсина в колбочках или синтезом дефектного опсина.

5. Витамин А: строение, суточная потребность, источники, биологическое значение. Проявления недостаточности витамина А в организме. Возможен ли гипервитаминоз витамина А, если да, то его причины и основные проявления?

Доза витамина A 25 000 МЕ/кг вызывает острое отравление, а ежедневное употребление дозы 4000 МЕ/кг в течение 6—15 месяцев вызывает хроническое отравление.

Для гипервитаминоза характерны следующие симптомы: воспаление роговицы глаза, потеря аппетита, тошнота, увеличение печени, боли в суставах. Хроническое отравление витамином A наблюдается при регулярном употреблении высоких доз витамина, больших количеств рыбьего жира. При избыточном употреблении каротинов возможно пожелтение ладоней, подошв стоп и слизистых, однако даже в крайних случаях симптомов интоксикации не наблюдается. У животных более чем 100-кратное увеличение дозировки

β-каротина приводило к прооксидантному эффекту. Этого не наблюдалось в присутствии

витаминов E и C, которые защищают молекулу от окислительной деструкции[2].

Случаи острого отравления со смертельным исходом возможны при употреблении в пищу печени акулы, белого медведя, морских животных, хаски. Европейцы начали сталкиваться с этим по крайней мере с 1597 года, когда участники третьей экспедиции Баренца серьёзно заболели после того, как съели печень белого медведя.

Острая форма отравления проявляется в виде судорог, паралича. При хронической форме передозировки повышается внутричерепное давление, что сопровождается головной болью, тошнотой, рвотой. Одновременно возникает отёчность жёлтого пятна и связанные с этим нарушения зрения. Проявляются геморрагии, а также признаки гепато- и нефротоксического действия больших доз витамина A. Могут происходить спонтанные переломы костей. Избыток витамина A может вызвать врождённые дефекты и поэтому не должен превышать рекомендуемой дневной нормы.

Для ликвидации гипервитаминоза назначают маннит, снижающий внутричерепное давление и ликвидирующий симптомы менингизма, глюкокортикоиды, ускоряющие метаболизм витамина в печени и стабилизирующие мембраны лизосом в печени и почках. Витамин E тоже стабилизирует клеточные мембраны. Большие дозы витамина A нельзя назначать беременным (особенно на ранних стадиях беременности) и даже за полгода до беременности, так как очень велика опасность возникновения тератогенного эффекта.

6. Витамин D: строение, суточная потребность, активные формы в организме, биологическое значение. Превращения витамина D в организме.

Витамин D — группа биологически активных веществ (в том числе холекальциферол и

эргокальциферол). Холекальциферол (витамин D ) синтезируется под действием

3

ультрафиолетовых лучей в коже и поступает в организм человека с пищей.

Эргокальциферол (витамин D ) может поступать только с пищей.

2

Главной функцией как холекальциферола, так и эргокальциферола является обеспечение всасывания кальция и фосфора из продуктов питания в тонком кишечнике (преимущественно в двенадцатиперстной кишке). Также ряд клинических исследований заставляет предполагать следующие дополнительные функции витамина D: участие в регуляции размножения клеток, обменных процессов, стимуляция синтеза ряда гормонов.

Витамины группы D являются незаменимой частью пищевого рациона человека. Суточная потребность (RDA) в возрасте от 1 до 70 лет (включая беременных и кормящих матерей) составляет 15 мкг холекальциферола или 600 МЕ (международных единиц).

Кальциферол растворим в жирах. Жиры также необходимы для адекватного всасывания этого витамина в кишечнике. Как и другие растворимые в жирах витамины, имеет свойство накапливаться в жировой ткани. Запасы витамина D, накопленные организмом в течение лета, могут постепенно расходоваться в зимние месяцы.